太阳消失以后……

2018-11-24 11:09
军事文摘·科学少年 2018年10期
关键词:结实视界绳索

总有三天太阳会陨落,供其进行核聚变的燃料会耗尽,世界会变得阴冷。如果那时地球仍然健在,人类将会坠入永恒的严冬中。

不过别担心,当可见宇宙内的恒星能源被消耗殆尽的时候,他们会把目光投向最后的能量仓库:黑洞。

如何从黑洞那里获取能量

既然黑洞会发出辐射,我们就有希望获取它们的能量。那么,人类如何获取这些能量呢?

一个简单的方法就是等待。经过足够长的时间后,黑洞会一个光子一个光子地将自己的能量释放回宇宙中,进入我们等待的双手里。每损失一点能量,黑洞都会减小一点,直到最后消失不见。

遗憾的是,虽然等待是一个简单的办法,但過程极其缓慢。要使一个质量相当于太阳的黑洞完全蒸发掉,需要的时间无比漫长,是现今宇宙年龄的1057倍。

黑洞能够释放出能量?

乍看之下,从黑洞中提取能量或者其他任何东西都是不可能的。毕竟,黑洞是一个有去无回的天体,天体内的引力场无限大,任何误入这个天体的东西注定会毁灭。因此,一台抡着大铁球,企图从黑洞视界上破开一个洞,从而把能量释放出来的吊车不仅不会成功,反而连带着不幸的驾驶员一起被黑洞吞没。

进入到黑洞中的任何东西都无法出来:陨石不能,火箭不能,甚至光也不能。

我们过去基本上就是这么认为的。但是,著名天体物理学家霍金却证明黑洞会泄漏出少量辐射。也就是说,如果你掉入黑洞的话,尽管你本人无法逃出来,但你的能量可以出来。这对于未来的黑洞能源开发者来说是一个好消息:能量是可以逃出来的。

静止不动的太空电梯

科学家们还有一个绝妙的主意:采集黑洞的热大气,然后运出去。把一个盒子悬挂到黑洞视界附近,但不要穿过视界,装满热气体后拽出来。

问题又来了:为了开发那层热大气,你需要在黑洞附近悬挂一根绳子——科幻小说中的太空电梯。

太空电梯是幻想中的未来交通工具,因出现在科幻小说《天堂的喷泉》中而为人熟知。这部绳子模样的“太空电梯”什么样儿呢?它悬挂在外太空并一直垂到地球表面,由来自下方的推力所支撑(像摩天大楼那样,每一层都支撑着上面的楼层)。绳索的远端系在一个巨大的、沿着同步静止轨道外围缓慢运行的物体上,这个物体向外拽着绳索,让整个装置保持悬浮。由于各种力的平衡,绳索就像用了魔法的力量一样静止在那里。

有了这种太空电梯,向轨道上运输货物会变得非常容易。我们不再需要危险、低效而又浪费燃料的火箭了。将货物运送到近地轨道的基本成本只是电费,把1千克物品送到太空的费用将会从搭载航天飞机所需的数万美元降低到几美元——到太空的旅程将比坐一次地铁还便宜。

如何制造天空电梯

但是,关键的问题在于:拿什么来制造这种绳子呢?理想的材料是既轻又结实——结实就不会在拉力的作用下伸长或断裂,轻就不会让上方的绳索负担过重。

材料强度的基本极限给科技进步留下了很大的空间。这个极限强度是钢材强度的数千亿倍,是碳纳米管的数亿倍。但同样,这也意味着我们不可能无限地提升材料性能。

这样的事实意味着,黑洞是无法开发利用的。自然本身的规律限制了我们的建筑材料,即使有一根绳子可以到达黑洞稠密的热大气,我们也无法高效地采集能源。

当太阳消失以后,我们也许将生活在永恒的冬天吗?我们等待着科学给人类的回答。

有朝一日,太空电梯能够将物质运送到地球以外。但是,我们能在黑洞附近建造一架足够结实的电梯吗?

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