人類的夢(mèng)想：“黑洞”將變成發(fā)電廠

文 / 高 峰

在地球能源日益匱乏的今天，科學(xué)家在考慮能否利用黑洞內(nèi)所蘊(yùn)藏的巨大能量來(lái)造福人類，即利用黑洞來(lái)發(fā)電。

黑洞，是巨大恒星在其后期內(nèi)爆、塌縮后形成的一種天體。由于黑洞的密度極大，于是在其周圍形成了巨大的重力場(chǎng)，物質(zhì)被吸入黑洞后，都無(wú)法逃遁，即使光也不例外，“黑洞”由此得名。迄今為止，雖然天文學(xué)家還沒(méi)有具體指出黑洞位于何處，但黑洞的存在是毋庸置疑的。

利用黑洞發(fā)電，源于人類的奇思妙想，卻不是不可能實(shí)現(xiàn)的事。首先，讓我們先了解一下發(fā)電機(jī)的原理。發(fā)電機(jī)由轉(zhuǎn)子和定子組成，導(dǎo)電的轉(zhuǎn)子在磁性的定子中旋轉(zhuǎn)，即導(dǎo)體切割磁場(chǎng)的磁力線，就可產(chǎn)生電流。在地球上，火力發(fā)電用煤或汽油燃燒將水變成蒸汽，水力發(fā)電用水流的沖擊力來(lái)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。那么在太空中，怎樣制造出一臺(tái)黑洞發(fā)電機(jī)呢？

法國(guó)天體物理學(xué)家T·達(dá)摩指出，旋轉(zhuǎn)黑洞可成為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，因?yàn)楹诙词且粋€(gè)有一定電阻的電導(dǎo)體。如果在一個(gè)旋轉(zhuǎn)黑洞的周圍設(shè)置一個(gè)磁場(chǎng)，由于黑洞旋轉(zhuǎn)切割磁力線，就可發(fā)出巨大的電流來(lái)。設(shè)想中的黑洞發(fā)電機(jī)，實(shí)際上就是利用黑洞的旋轉(zhuǎn)能來(lái)發(fā)電，由于黑洞的巨大能量，黑洞的旋轉(zhuǎn)能是巨大的，任何其他能量與它相此，都是小巫見大巫。因此，黑洞發(fā)電機(jī)將是宇宙中最大的發(fā)電機(jī)。

保爾·戴維斯在《宇宙的最后三分鐘》一書中設(shè)想了一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)，將一個(gè)重物用固定的滑輪裝置懸掛在黑洞上方，系重物繩索的另一端纏繞在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，重物受黑洞引力的吸引，沿徑向逐漸落向黑洞，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)發(fā)電。這與借用水流的沖擊力帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子發(fā)電是同樣的道理。

但是，這里的重物下落比水流沖擊的能量要大得多。因?yàn)橹匚镌娇拷诙?，受到的引力越?qiáng)，下落速度越快，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速也越快；還有，重物下落速度加快，其動(dòng)能增加。根據(jù)愛(ài)因斯坦相對(duì)論質(zhì)能等價(jià)原理，也就是重物的質(zhì)量越來(lái)越大，它所受到的黑洞引力也越來(lái)越大，使下落速度進(jìn)一步增加。因此，重物對(duì)發(fā)電機(jī)所做的功是遞增的。

在理論上，重物的全部質(zhì)量都可以變?yōu)槟芰?，根?jù)相對(duì)論質(zhì)能轉(zhuǎn)換公式E=MC2，一個(gè)質(zhì)量1千克的重物，可以獲得100億千瓦小時(shí)的電功率，這比1千克物質(zhì)核聚變的能量大100倍以上。當(dāng)然，由于重物不可能準(zhǔn)確地沿徑向落向黑洞，還有滑輪摩擦耗損能量等因素，實(shí)際上的電功率會(huì)稍小一些。

讓黑洞發(fā)電，就是將黑洞當(dāng)做“重力井”，也就是將落到黑洞中物質(zhì)的巨大位能轉(zhuǎn)換成熱能或光能，然后再轉(zhuǎn)換成電力。其原理類同水力發(fā)電和太陽(yáng)能電池。具體地說(shuō)，就是先使氣體物質(zhì)朝黑洞方向落下，在黑洞周圍形成旋轉(zhuǎn)的增積圓盤。圓盤內(nèi)的氣體，經(jīng)與周圍氣體強(qiáng)烈摩擦后，溫度升高，開始放射出強(qiáng)光。來(lái)自黑洞增積圓盤的熱輻射，使其周圍的氣體能像太陽(yáng)能電池板一樣轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?。因此到黑洞中建造發(fā)電站，就好像今天人類在天然河川中建造水壩一樣。

黑洞發(fā)電站一旦建成，可使用達(dá)數(shù)百萬(wàn)年之久。