在2021年7月發(fā)表的一篇論文中，研究人員探索了一個(gè)先進(jìn)文明如何在黑洞周圍建造戴森球以獲取巨大能量的可能性。

那么，黑洞與戴森球是如何聯(lián)系起來的?用戴森球收集黑洞能量的可能性有多大?

什么是戴森球?

讓我們先從戴森球開始。

這是一種假想的人造結(jié)構(gòu)，我們可以將它看作一個(gè)巨大的球形能量收集器，圍繞在恒星周圍，用來捕捉其全部的光線并獲取能量。

美國(guó)理論物理學(xué)家弗里曼·戴森在20世紀(jì)60年代初最早提出了這個(gè)概念。不過，在虛構(gòu)作品中，戴森球往往被描述為一個(gè)包圍恒星的人造空心球體，這其實(shí)是對(duì)其原意的曲解。

戴森在回復(fù)有關(guān)他論文的心中曾說：“一個(gè)圍繞恒星的球殼或環(huán)從物理上來說是不可行的。我設(shè)想的‘球’的形式是由松散的太陽能收集器或獨(dú)立環(huán)繞恒星軌道的衛(wèi)星云構(gòu)成。”

1964年，蘇聯(lián)天文學(xué)家尼古拉·卡爾達(dá)肖夫提出，可以根據(jù)一個(gè)文明所能夠利用的能源量級(jí)，來量度文明層次及技術(shù)先進(jìn)程度。

他將文明分成三個(gè)量級(jí)，其中Ⅱ型文明具有駕馭一顆恒星能量的能力，戴森球便是該級(jí)文明的標(biāo)志。

我們現(xiàn)在知道，這樣的球體結(jié)構(gòu)在現(xiàn)實(shí)中是不穩(wěn)定的，它最終會(huì)撞向恒星。如今，天文學(xué)家轉(zhuǎn)而談?wù)撍^的“戴森云”，由大量繞恒星運(yùn)行的密集能量收集結(jié)構(gòu)組成。

一個(gè)圍繞太陽的戴森云可以收集大部分太陽能，產(chǎn)生的能量可以用萬億億瓦來衡量。

除了戴森云，還有人提出了戴森球的另一種形式——戴森泡。

與戴森云類似，戴森泡也是由許多獨(dú)立結(jié)構(gòu)組成，并且可以逐步地進(jìn)行建造，但這個(gè)方案不采用環(huán)繞軌道的方式，而是通過巨大的、承受光壓的太陽帆來抵消恒星的引力。

對(duì)母恒星而言，戴森泡的各個(gè)結(jié)構(gòu)可能是完全靜止的，并且相互獨(dú)立。而且，由于光壓和恒星引力之比是恒定的，與距離無關(guān)，因此太陽帆可以自由調(diào)整與恒星的距離。

理論上，如果造出并圍繞恒星部署了足夠數(shù)量的太陽帆衛(wèi)星，就能組成一個(gè)非固定的戴森泡。

什么是黑洞?

相比戴森球，黑洞的知名度就要高得多了。

簡(jiǎn)單來說，當(dāng)足夠大的質(zhì)量集中在一個(gè)足夠小的空間中時(shí)，黑洞就形成了。

在適當(dāng)?shù)臈l件下，物質(zhì)自身的引力會(huì)壓倒一切，導(dǎo)致其坍縮成所謂的“奇點(diǎn)”——所有質(zhì)量都聚集在一個(gè)幾何點(diǎn)上(我們需要量子引力理論來真正理解奇點(diǎn)處發(fā)生了什么)。

黑洞便是由奇點(diǎn)和事件視界組成的，事件視界就是黑洞的表面，越過這一邊界就不可能“回頭”。

換言之，任何跨越事件視界的東西都將永遠(yuǎn)從我們的宇宙中消失。

戴森球vs黑洞

無論是戴森球，還是黑洞，都是天體物理學(xué)中非常迷人和古怪的概念。

戴森球描述了圍繞恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的巨大機(jī)器，影響范圍甚至與太陽系不相上下，由超先進(jìn)的文明建造以獲取能量。

黑洞勾勒出了一個(gè)空間和時(shí)間都密集得不可思議的區(qū)域，這些區(qū)域被邊界所包圍，使黑洞內(nèi)部與宇宙的其他部分分隔開來。

你可能會(huì)問，如何從黑洞中獲得能量?畢竟，黑洞不是會(huì)吞噬掉所有落入事件視界的東西嗎，包括光?

答案其實(shí)很簡(jiǎn)單。

雖然落入事件視界的物質(zhì)和能量已經(jīng)消失，但留在更遠(yuǎn)地方的物質(zhì)仍然可以輻射能量并逃逸。

研究人員首先想到的是與正常恒星形成雙星系統(tǒng)的恒星質(zhì)量黑洞。在這樣的系統(tǒng)中，黑洞會(huì)將物質(zhì)從普通恒星中吸走，這些物質(zhì)隨后形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的氣體盤，稱為吸積盤，圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)，并最終穿過事件視界。

吸積盤的物質(zhì)粒子不斷摩擦，強(qiáng)烈發(fā)熱，會(huì)輻射出大量能量。當(dāng)熱物質(zhì)停留在事件視界之外時(shí)，會(huì)將能量以X射線的形式輻射到太空中(通過對(duì)這類X射線的觀測(cè)，可以間接發(fā)現(xiàn)黑洞并對(duì)其進(jìn)行研究)。

吸積盤還會(huì)產(chǎn)生高能的等離子體光束(或者稱為噴流)，這些等離子體以接近光速的速度從吸積盤和黑洞中噴射出來。

在黑洞-恒星系統(tǒng)的周圍放置一個(gè)戴森球，無疑會(huì)涉及到一些非常極端的天文工程。

當(dāng)然，在任何恒星周圍建造戴森球都需要非常先進(jìn)的技術(shù)能力——可能需要碾碎許多顆行星才能獲得所需的材料。

在一個(gè)有黑洞的雙星系統(tǒng)周圍的極端環(huán)境中建造戴森球?qū)⒏永щy，特別是如果想從吸積盤噴流中捕獲能量的話。

往大了想

想象一下，如果可以建立一個(gè)環(huán)繞黑洞的戴森球，那無疑將獲得比常規(guī)戴森球多得多的能量。

根據(jù)研究人員的模型假設(shè)，相比常規(guī)戴森球，環(huán)繞黑洞的戴森球能夠收集多數(shù)百到數(shù)萬倍的能量。

通過這種方式，一個(gè)黑洞戴森球就可以讓建造它的智慧生命走上成為Ⅲ型文明的道路，即成為一個(gè)有能力收集相當(dāng)于整個(gè)星系能量的文明。

當(dāng)然，所有這一切都只是純粹的推測(cè)。在人類之外，宇宙中可能甚至都沒有其他文明，無論先進(jìn)與否。而且，即使有其他文明，建造戴森球所需的技術(shù)也可能是無法達(dá)到的。

但天體物理學(xué)最有意思的一點(diǎn)就是能讓你想象哪些事情是可能的。如果必須要有夢(mèng)想的話，我們不妨往大了想。

關(guān)鍵詞： 球形能量收集器 黑洞與戴森泡是如何聯(lián)系起來的 原意的曲解 圍繞在恒星周圍