利用戴森球，从黑洞中获取能量？物理学家：理论上是可行的

科幻电视剧《神秘博士》中，主角可以利用黑洞获取力量。这种获取力量的方法虽然特殊，但在理论上却是可行的。

科学家表明，高度先进的外星文明理论上可以在黑洞周围建造一种被称为“戴森球”的人造天体来获取黑洞的能量——获取的能量可能是太阳的100,000倍。天文学家甚至可以通过找到宇宙中的戴森球来发现外星文明。

“我喜欢这些关于高级文明可能会做什么的猜测。”捷克帕拉茨基大学的物理学家托马斯•欧帕特尼（Tomáš Opatrný）说，“包裹黑洞的'戴森球'可能会为它的建造者提供大量的能量。”

撰稿 | Ian Randall

编译 | 乔木

图源 | pixabay

戴森球猜想

当行星上的文明发展到一定程度之后，这颗行星上的能源就不足以支撑这种文明的发展了，它们就会把目光转向具有更多能源的恒星。

基于这种想法，美国物理学家弗里曼·戴森（Freeman Dyson）于1960年提出了一个著名的概念——戴森球。

从本质上讲，行星上的能源都来自于恒星，但恒星释放出的强大辐射，行星只能接收到极少的一部分，绝大部分都弥散到了宇宙空间。

戴森设想，一个足够先进的文明会制造出一种巨大的球状结构，将恒星包裹住，吸收恒星释放出的全部能量，供自己发展！

戴森球的概念一经提出，就引起了轰动，在科学爱好者之间引起了广泛的讨论。后来，苏联天文学家卡尔·达舍夫提出了宇宙三级文明的概念：

Ⅰ级文明可以开发利用行星能源；

Ⅱ级文明能够收集一颗恒星的全部能源输出；

Ⅲ级文明掌握利用星系全部资源的技术。

理论上可以实现

“戴森球”一般被认为是Ⅱ级文明的标志性造物。不过，最近的一项研究报告指出，在宇宙中，甚至可能有高级文明建造了更加强大的戴森球，围绕在宇宙最恐怖的天体——黑洞的周围，攫取着更加丰富的能源。而这样的文明，甚至可能已经达到了Ⅲ级！

提出这个概念的，是来自中国台湾地区的天文学家萧玉阳（Tiger Hsiao）。他表示，从理论上来讲，这样的工程是有可能实现的。

在一项新的研究中，他和同事计算了是否可以在黑洞周围使用戴森球。他们分析了3种不同质量的黑洞所具有的能量：分别为太阳质量的5、20和4,000,000倍。

这些黑洞分别代表了已知的由恒星坍缩形成的黑洞质量的下限和上限，前两种属于恒星级黑洞，最后一种相当于银河系中心的超大质量黑洞——人马座A*。结果表明，这些黑洞的能量相当惊人。

黑洞吸积盘可以释放多少能量？

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黑洞通常被认为是能源的消费者而不是生产者。然而，它们巨大的引力场可以通过几个理论过程产生能量，包括：黑洞周围的气体发出的辐射；黑洞吸积盘里的物质摩擦释放出的能量；沿着黑洞的旋转轴射出的等离子体喷流；以及霍金辐射——黑洞在失去质量的过程中释放能量。

萧玉阳及同事在计算后得出结论，周围气体发出的辐射、吸积盘内物质摩擦产生的能量和黑洞喷流都可以作为可行的能源。仅20倍太阳质量的黑洞的吸积盘释放的能量，就相当于大约100,000颗恒星释放的总能量，而超大质量黑洞提供的能量可能还要比它们多1,000,000倍。

美国夏威夷大学希洛分校的天体物理学家井上诚（Inoue Makoto）表示，普通黑洞提供的能量就足以支持所谓的Ⅱ级文明——总能量需求与整个恒星系统释放的能量相当。

而超大质量黑洞可以为Ⅲ级文明供能——能量消耗相当于整个星系释放的总能量（目前人类文明接近但尚未达到Ⅰ级文明）。

观测戴森球

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如果戴森球这种人造天体真的存在，那么我们该如何观测它们呢？

早在60年前，戴森就提出：如果真的有戴森球在某颗恒星周围吸收能源，那么它很有可能会释放出独特的红外辐射。因此，我们可以尝试在红外波段进行观测，寻找戴森球可能存在的证据。

科学家认为：如果戴森球温度比较低的话，在红外波段的确更容易观测，但如果戴森球的温度较高，那么在紫外波段去寻找它们可能更加有效。因此我们可以专注于寻找类似的信息，从而找到宇宙中存在的高级文明。

科学家还提出：或许我们可以从引力的角度来进行观测，比如通过戴森球导致的黑洞周围的光线产生的细微扭曲，来发现戴森球的存在。不过目前来看，短时间内我们可能都无法找到这样的迹象。

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参考资料

[1]https://k.sina.com.cn/article_6385529085_17c9b70fd0010159vt.html

[2]https://www.360kuai.com/pc/92c60324a62602837?cota=3&kuai_so=1&sign=360_57c3bbd1&refer_scene=so_1

[3]https://www.sohu.com/a/485177785_578850

[4]https://www.sciencemag.org/news/2021/08/black-holes-surrounded-massive-energy-harvesting-structures-could-power-alien