旋轉(zhuǎn)黑洞

你肯定覺(jué)得這事兒是扯淡。

一個(gè)連光都跑不出來(lái)的無(wú)底洞，你跟我說(shuō)它是充電寶？

先別急著劃走。先交代一句：老郭，1995年物理系畢業(yè)，雖然沒(méi)有投身科研，但畢業(yè)后一直在兼職做科普。所以今天我不是來(lái)給你上課的，是來(lái)跟你一起拆臺(tái)——拆物理學(xué)家的臺(tái)。

物理學(xué)家確實(shí)說(shuō)了：如果這個(gè)黑洞是旋轉(zhuǎn)的，那它周圍那片被擰成麻花的空間，理論上可以當(dāng)充電寶。

注意我的用詞——“如果”。

這個(gè)“如果”才是真正的鬼門關(guān)。

順便說(shuō)一句，這個(gè)理論在物理學(xué)家內(nèi)部也沒(méi)吵明白。霍金當(dāng)年因?yàn)椤昂诙葱畔Ｕ摗备速€了一套百科全書(shū)，最后還輸了。這事兒后面細(xì)說(shuō)。

今天，老郭不跟你整虛的。我不教你“物理學(xué)家說(shuō)了什么”，我跟你聊聊物理學(xué)家沒(méi)告訴你的那部分。

下面咱一塊兒扒拉扒拉。

先給你一個(gè)反常識(shí)的結(jié)論

會(huì)轉(zhuǎn)的黑洞，在愛(ài)因斯坦的方程里，確實(shí)是個(gè)超級(jí)能源。

但它的“充電口”，裝在宇宙最要命的地方。

下面咱一塊兒拆，看看這個(gè)“要命”到底有多要命。

黑洞一轉(zhuǎn)，游戲規(guī)則全變了

先搞明白兩個(gè)詞兒。

第一，什么叫“克爾黑洞”？
說(shuō)白了就是會(huì)旋轉(zhuǎn)的黑洞。普通黑洞就一個(gè)球形的“死亡邊界”（學(xué)名叫事件視界，光進(jìn)去就出不來(lái)）。但旋轉(zhuǎn)黑洞不一樣，它一轉(zhuǎn)起來(lái)，會(huì)把周圍空間“甩”變形，在死亡邊界外面多出一個(gè)扁扁的、像游泳圈一樣的區(qū)域。

第二，什么叫“能層”？
這是最關(guān)鍵的地方。

黑洞轉(zhuǎn)得太瘋，會(huì)把周圍空間拖著一起轉(zhuǎn)——物理上叫“參考系拖曳”。你就理解成攪一鍋粥，粥跟著你轉(zhuǎn)就行了。

這個(gè)被拖著轉(zhuǎn)的區(qū)域就叫“能層”。注意，你還在死亡邊界外面，理論上能跑出來(lái)。

你看，黑洞一旋轉(zhuǎn)，玩法就全變了。

那具體怎么玩？

核心操作：怎么從黑洞里“蹭”能量？

這套操作，物理上叫“彭羅斯過(guò)程”（英國(guó)物理學(xué)家彭羅斯提出的，他靠這個(gè)拿了諾獎(jiǎng)）。

彭羅斯過(guò)程示意圖

打個(gè)比方。

黑洞是個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的陀螺，“能層”就是它周圍被帶著轉(zhuǎn)的、黏糊糊的蜂蜜。

現(xiàn)在你干一件事：往蜂蜜里扔一個(gè)東西，而且是逆著蜂蜜轉(zhuǎn)的方向扔。

為啥要逆著？

順著扔，你就跟著黑洞一起轉(zhuǎn)，毛都蹭不到。只有逆著扔，才能像“卡”進(jìn)齒輪一樣，把黑洞的旋轉(zhuǎn)力卸下來(lái)一部分裝到自己身上。

關(guān)鍵來(lái)了。

在這個(gè)“能層”里，按照愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，掉進(jìn)去的東西可以擁有“負(fù)能量”。

別被這個(gè)詞嚇住。“負(fù)能量”不是說(shuō)能量真變負(fù)了，而是指它掉進(jìn)去后，黑洞的總能量反而減少了。你就理解成：這個(gè)倒霉蛋欠了宇宙一筆賬，代價(jià)是自己被吞掉。

然后，你讓這個(gè)東西在“能層”里分成兩半。一半帶著“負(fù)能量”掉進(jìn)黑洞。

根據(jù)能量守恒定律，另一半逃出來(lái)的部分，它帶走的能量，比你原來(lái)扔進(jìn)去的整個(gè)東西的能量還要高！

多出來(lái)的能量哪來(lái)的？

就是從黑洞的“轉(zhuǎn)勁兒”里扣出來(lái)的。

黑洞轉(zhuǎn)得慢了一點(diǎn)點(diǎn)，你白賺了一大筆。

看明白沒(méi)？這不是挖黑洞肚子里的礦，是在它門口“蹭”了一把它的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能。

物理學(xué)家說(shuō)到這里，通常會(huì)停下來(lái)，等你鼓掌。

但老郭要追問(wèn)一句：然后呢？

物理學(xué)家沒(méi)告訴你的三個(gè)“然后”

然后1：你拿什么扔進(jìn)去？怎么讓它精確分裂？

在能層里緊貼黑洞邊界的地方，潮汐力（引力差大得能把任何東西像拉面條一樣扯碎）能把飛船、石頭、甚至原子瞬間扯成渣。你既送不進(jìn)去，也沒(méi)法控制它在那個(gè)鬼地方分裂。

然后2：就算成功了，能量怎么收？

就算你以上兩步都做到了，逃出來(lái)的那部分能量也是以極高能粒子的形式亂噴。你怎么收集？怎么轉(zhuǎn)化？怎么運(yùn)回地球？

這兩個(gè)“然后”，物理學(xué)家通常不會(huì)主動(dòng)告訴你。不是他們不知道，是說(shuō)了就沒(méi)人聽(tīng)他們講了。

這張“發(fā)電站圖紙”的真正問(wèn)題

所以，這事兒目前的狀態(tài)是：

在愛(ài)因斯坦的方程里，它算得通。
但在現(xiàn)實(shí)世界里，它通不過(guò)。

這不是“技術(shù)還沒(méi)到”，這是物理定律本身不允許。

潮汐力不是技術(shù)問(wèn)題，是引力本身的屬性。你改變不了。

這就好比：理論上你可以徒手把一棟樓舉起來(lái)，因?yàn)榕ｎD力學(xué)沒(méi)禁止這件事。但你我都知道，這事兒永遠(yuǎn)做不到——因?yàn)槟愕募∪鈴?qiáng)度不夠，而肌肉強(qiáng)度是物理定律決定的。

彭羅斯過(guò)程也是一樣。它沒(méi)被禁止，但它被“潮汐力”這條物理定律判了死刑。

順便說(shuō)一句，理論本身也沒(méi)吵明白

前面說(shuō)到霍金賭輸了一套百科全書(shū)，這事兒值得展開(kāi)兩句。

彭羅斯過(guò)程在廣義相對(duì)論里是成立的。但一旦和量子力學(xué)碰在一起，就撞上了“黑洞信息悖論”。

簡(jiǎn)單說(shuō)：掉進(jìn)黑洞的信息到底去哪了？

霍金當(dāng)年說(shuō)“丟了”，另一個(gè)物理學(xué)家彭羅斯（就是提出彭羅斯過(guò)程那位）說(shuō)“沒(méi)丟”，倆人吵了幾十年。

最后霍金認(rèn)輸了，賠了彭羅斯一套百科全書(shū)。

但你猜怎么著？現(xiàn)在大家又覺(jué)得霍金可能才是對(duì)的。

科學(xué)就是這樣。今天對(duì)的東西，明天可能就是個(gè)笑話。

這不是在貶低科學(xué)，這是在說(shuō)：我們對(duì)黑洞的理解，可能連皮毛都算不上。

那這個(gè)腦洞到底有啥用？

別因?yàn)閷?shí)現(xiàn)不了就覺(jué)得沒(méi)用。這個(gè)想法影響大了去了。

第一，它改寫了我們對(duì)黑洞的認(rèn)知。

它讓我們明白，黑洞不是死的墳包，而是一個(gè)活的、有結(jié)構(gòu)、能互動(dòng)、能“榨出”能量的天體。后來(lái)“霍金輻射”這些革命性理論，都受這個(gè)思路啟發(fā)。

第二，它解釋了宇宙中最猛烈的現(xiàn)象。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，宇宙里有些星系中心特別亮，往外噴巨大的能量噴流。現(xiàn)在的主流看法是，這些能量很可能就來(lái)自中心黑洞的旋轉(zhuǎn)，用的就是類似彭羅斯過(guò)程的原理。

第三，它推動(dòng)了前沿物理研究。

這個(gè)腦洞刺激了人們對(duì)引力波和極端條件下物理的研究。

宇宙中最牛的能量，很可能就藏在時(shí)空被極度扭曲的地方。

說(shuō)句大實(shí)話

所以，旋轉(zhuǎn)的黑洞是超級(jí)發(fā)電站嗎？

答案是：

在物理學(xué)家的方程里，它是。
在工程師的圖紙上，它不是。

這就是物理的魅力：讓你在腦子里征服星辰，也讓你知道腳踏實(shí)地有多重要。

人類最牛逼的能量，不是能利用黑洞，而是能想明白黑洞是怎么回事的那個(gè)腦子。

老郭知道，網(wǎng)易的跟帖區(qū)從來(lái)不缺人才。

所以咱不整虛的，來(lái)個(gè)簡(jiǎn)單的：

你覺(jué)得彭羅斯過(guò)程這輩子有可能實(shí)現(xiàn)嗎？

A. 永遠(yuǎn)不可能，物理定律不允許
B. 幾百年后技術(shù)到了就行
C. 已經(jīng)在宇宙中發(fā)生了，只是人類觀測(cè)不到
D. 這理論本身就有問(wèn)題（歡迎跟帖展開(kāi)）

覺(jué)得老郭講得對(duì)的，點(diǎn)個(gè)贊。

覺(jué)得我在扯淡的，評(píng)論區(qū)直接開(kāi)噴。

要是你能用物理知識(shí)把我懟倒，我下一期專門寫文章給你道歉。

老郭在跟帖區(qū)等你們。