令人向往的宇宙生态城_趣味物理-查字典物理网

令人向往的宇宙生态城

查字典物理网 2012-12-29

转动的黑洞有一个非常有趣的特性，这就是著名的彭罗塞过程。彭罗塞于1969年指出，在能层中，当物质粒子的转动方向与黑洞相反时，粒子的能量相对于无穷远是负值。如果一个粒子从远处落入能层，并在能层中分裂成一个与黑洞转动方向相反，另一个方向相同的两个粒子，那么当转动方向相同的粒子离开能层，飞离黑洞，而另一个落入黑洞视界时，飞离黑洞的粒子能量将大于原来的粒子。

利用能层的这一特性，希腊物理学家德梅特里奥斯·克里斯托多罗（Deme－trios Christodoulou）想出一个很巧妙的方法从黑洞中提取能量。这就是向能层投物质，一部分物质被视界吸入后获得负能，另一部分则装载宝贵的能量被发射出来，这些能量比原来物质所积聚的少量能要多得多，特别是没有废料的问题。

具体设想是围绕黑洞建造一个巨大的钢性骨架，当然要离黑洞足够远，以避免过大的潮汐力的作用。然后在这个骨架上建设一座工业城市，将每天数百万吨垃圾收集起来，装上小车，倾入黑洞。小车一辆接一辆沿螺旋线落向黑洞，每辆车在进入能层并到达“抛射点”时，一个自动装置打开，把垃圾倒进仔细设计好的与黑洞转动方向相反的轨道上。黑洞由于捕获垃圾而稍稍减小了转动速度，与此同时，空车以增大的能量离开能层，最后被一个巨大的转子回收，释放出大量的转动能。这个转子是接在发电机上的，于是就可以为城市提供电力。由每辆小车的回收所净得的能量等于抛出垃圾的质量能量再加上黑洞本身质量能量的一部分。

这确是一个聪明的方案，城市居民不仅把垃圾的全部质量转变成了电能，而且还提取了黑洞的一部分能量。不过每次倒进和回收的操作会使黑洞旋转速度放慢，最后理想城市的创意者就将这个环形城市像陀螺一样转到另一个新黑洞的周围，继续同样的过程。这的确是一个令人向往的生态城市。

实际上，彭罗塞过程不只是一种趣谈。黑洞转动能量的提取，有可能已经在自然的天体物理条件下，正通过一个适当分布的外部磁场而实际发生着。

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