人類的夢想：“黑洞”將變成發電廠

文 / 高 峰

在地球能源日益匱乏的今天，科學家在考慮能否利用黑洞內所蘊藏的巨大能量來造福人類，即利用黑洞來發電。

黑洞，是巨大恒星在其后期內爆、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，物質被吸入黑洞后，都無法逃遁，即使光也不例外，“黑洞”由此得名。迄今為止，雖然天文學家還沒有具體指出黑洞位于何處，但黑洞的存在是毋庸置疑的。

利用黑洞發電，源于人類的奇思妙想，卻不是不可能實現的事。首先，讓我們先了解一下發電機的原理。發電機由轉子和定子組成，導電的轉子在磁性的定子中旋轉，即導體切割磁場的磁力線，就可產生電流。在地球上，火力發電用煤或汽油燃燒將水變成蒸汽，水力發電用水流的沖擊力來帶動轉子轉動。那么在太空中，怎樣制造出一臺黑洞發電機呢？

法國天體物理學家T·達摩指出，旋轉黑洞可成為發電機的轉子，因為黑洞是一個有一定電阻的電導體。如果在一個旋轉黑洞的周圍設置一個磁場，由于黑洞旋轉切割磁力線，就可發出巨大的電流來。設想中的黑洞發電機，實際上就是利用黑洞的旋轉能來發電，由于黑洞的巨大能量，黑洞的旋轉能是巨大的，任何其他能量與它相此，都是小巫見大巫。因此，黑洞發電機將是宇宙中最大的發電機。

保爾·戴維斯在《宇宙的最后三分鐘》一書中設想了一個理想實驗，將一個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電機的轉子上，重物受黑洞引力的吸引，沿徑向逐漸落向黑洞，帶動發電機的轉子旋轉發電。這與借用水流的沖擊力帶動發電機的轉子發電是同樣的道理。

但是，這里的重物下落比水流沖擊的能量要大得多。因為重物越靠近黑洞，受到的引力越強，下落速度越快，轉子的轉速也越快；還有，重物下落速度加快，其動能增加。根據愛因斯坦相對論質能等價原理，也就是重物的質量越來越大，它所受到的黑洞引力也越來越大，使下落速度進一步增加。因此，重物對發電機所做的功是遞增的。

在理論上，重物的全部質量都可以變為能量，根據相對論質能轉換公式E=MC2，一個質量1千克的重物，可以獲得100億千瓦小時的電功率，這比1千克物質核聚變的能量大100倍以上。當然，由于重物不可能準確地沿徑向落向黑洞，還有滑輪摩擦耗損能量等因素，實際上的電功率會稍小一些。

讓黑洞發電，就是將黑洞當做“重力井”，也就是將落到黑洞中物質的巨大位能轉換成熱能或光能，然后再轉換成電力。其原理類同水力發電和太陽能電池。具體地說，就是先使氣體物質朝黑洞方向落下，在黑洞周圍形成旋轉的增積圓盤。圓盤內的氣體，經與周圍氣體強烈摩擦后，溫度升高，開始放射出強光。來自黑洞增積圓盤的熱輻射，使其周圍的氣體能像太陽能電池板一樣轉變為電力。因此到黑洞中建造發電站，就好像今天人類在天然河川中建造水壩一樣。

黑洞發電站一旦建成，可使用達數百萬年之久。