人类的梦想：“黑洞”将变成发电厂

文 / 高 峰

在地球能源日益匮乏的今天，科学家在考虑能否利用黑洞内所蕴藏的巨大能量来造福人类，即利用黑洞来发电。

黑洞，是巨大恒星在其后期内爆、塌缩后形成的一种天体。由于黑洞的密度极大，于是在其周围形成了巨大的重力场，物质被吸入黑洞后，都无法逃遁，即使光也不例外，“黑洞”由此得名。迄今为止，虽然天文学家还没有具体指出黑洞位于何处，但黑洞的存在是毋庸置疑的。

利用黑洞发电，源于人类的奇思妙想，却不是不可能实现的事。首先，让我们先了解一下发电机的原理。发电机由转子和定子组成，导电的转子在磁性的定子中旋转，即导体切割磁场的磁力线，就可产生电流。在地球上，火力发电用煤或汽油燃烧将水变成蒸汽，水力发电用水流的冲击力来带动转子转动。那么在太空中，怎样制造出一台黑洞发电机呢？

法国天体物理学家T·达摩指出，旋转黑洞可成为发电机的转子，因为黑洞是一个有一定电阻的电导体。如果在一个旋转黑洞的周围设置一个磁场，由于黑洞旋转切割磁力线，就可发出巨大的电流来。设想中的黑洞发电机，实际上就是利用黑洞的旋转能来发电，由于黑洞的巨大能量，黑洞的旋转能是巨大的，任何其他能量与它相此，都是小巫见大巫。因此，黑洞发电机将是宇宙中最大的发电机。

保尔·戴维斯在《宇宙的最后三分钟》一书中设想了一个理想实验，将一个重物用固定的滑轮装置悬挂在黑洞上方，系重物绳索的另一端缠绕在发电机的转子上，重物受黑洞引力的吸引，沿径向逐渐落向黑洞，带动发电机的转子旋转发电。这与借用水流的冲击力带动发电机的转子发电是同样的道理。

但是，这里的重物下落比水流冲击的能量要大得多。因为重物越靠近黑洞，受到的引力越强，下落速度越快，转子的转速也越快；还有，重物下落速度加快，其动能增加。根据爱因斯坦相对论质能等价原理，也就是重物的质量越来越大，它所受到的黑洞引力也越来越大，使下落速度进一步增加。因此，重物对发电机所做的功是递增的。

在理论上，重物的全部质量都可以变为能量，根据相对论质能转换公式E=MC2，一个质量1千克的重物，可以获得100亿千瓦小时的电功率，这比1千克物质核聚变的能量大100倍以上。当然，由于重物不可能准确地沿径向落向黑洞，还有滑轮摩擦耗损能量等因素，实际上的电功率会稍小一些。

让黑洞发电，就是将黑洞当做“重力井”，也就是将落到黑洞中物质的巨大位能转换成热能或光能，然后再转换成电力。其原理类同水力发电和太阳能电池。具体地说，就是先使气体物质朝黑洞方向落下，在黑洞周围形成旋转的增积圆盘。圆盘内的气体，经与周围气体强烈摩擦后，温度升高，开始放射出强光。来自黑洞增积圆盘的热辐射，使其周围的气体能像太阳能电池板一样转变为电力。因此到黑洞中建造发电站，就好像今天人类在天然河川中建造水坝一样。

黑洞发电站一旦建成，可使用达数百万年之久。