视界附近的等离子体即将被旋转黑洞吞噬。
爱因斯坦的广义相对论曾预言，旋转黑洞可能是一个巨大的能量源。在过去的50年里，科学家们一直试图找到释放这种能量的方法。物理学家Roger Penrose曾指出，粒子衰变可以从黑洞中吸收能量；物理学家Stephen Hawking则认为，黑洞能够通过量子力学方式释放能量；其他学者还提出，电磁扭矩是提取能量的主要方式。
phys.org网站报道，美国哥伦比亚大学物理学家Luca Comisso和智利阿道夫?伊班奈兹大学研究人员Felipe Asenjo提出了一种提取黑洞能量的新方式——在黑洞视界附近断开、重连磁场线。相关研究成果于当地时间1月13日刊登在《物理评论D辑》杂志中。
Comisso说：“黑洞通常被带磁场的等离子粒子‘汤’所包围。我们的理论表明，以恰当方式断开和重连磁力线，可以将等离子粒子加速至负能量，从而提取大量的黑洞能量。该发现有望让天文学家更好地预测黑洞自旋，驱动黑洞能量发射，甚至为先进文明提供能源。从本质上讲，黑洞是通过‘吃下’负能量粒子来释放能量的。这听上去很荒谬，就像一个人食用含负热量的糖果来减肥。这种现象可能发生在能层区域。在能层中，时空连续体的旋转速度非常快，以至于每个物体的自旋方向都与黑洞相同。”
在能层内部，磁重联非常极端，等离子体粒子的速度被加速至接近光速。物理学教授Asenjo解释道，捕获-逃逸等离子体流之间的高相对速度，正是上述新方式能从黑洞中提取能量的原因。
Asenjo说：“我们计算出，等离子体给电过程的效率高达150%，这比地球上任何发电厂都高。要使效率超过100%也是可能的，因为黑洞会泄露能量，而这些能量将‘免费’供给从黑洞逸出的等离子体。”
Comisso等设想的能量提取过程可能已经是黑洞中的普遍事件。此外，该过程还可能是驱动黑洞耀斑的诱因。
Asenjo说：“我们对黑洞附近磁重联现象的认知加深了。这可能为人类未来的黑洞观测任务奠定基础。”
从黑洞中提取能量，这听上去有点像科幻小说中的情节，但黑洞很可能是人类未来解决能源问题的答案。
Comisso说：“在未来，人类或许能够依附黑洞生存。这本质上是一个技术问题，从物理学角度来看，人类是能够解决的。”
美国国家科学基金会项目主任Vyacheslav Lukin展望道：“我们期待将黑洞天体物理学看似深奥的研究转入实用领域。”
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编译：雷鑫宇
审稿：西莫
责编：陈之涵
期刊来源：《物理评论D辑》
期刊编号：1550-7998
原文链接：
https://phys.org/news/2021-01-harness-energy-black-holes.html
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