一项新的研究提出,围绕行星运行的黑洞可能是先进文明的标志

知新了了 2024-08-23 15:19:04

1971年,英国数学物理学家、诺贝尔奖得主罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)提出了如何从旋转黑洞中提取能量。他认为,这可以通过在黑洞的吸积盘周围建立一个安全带来实现,在吸积盘上,流入的物质被加速到接近光速,从而触发多种波长的能量释放。从那以后,多位研究人员提出,先进文明可以使用这种方法(彭罗斯过程)来为他们的文明提供动力,这代表了我们应该注意的一种技术特征。

例子包括约翰·M·斯马特的跨能假说,这是对费米悖论的一种解决方案,他在该假说中提出,先进的智能可能会迁移到黑洞周围的区域,以利用可用的能量。最新消息来自哈佛大学教授Avi Loeb,他在最近的一篇论文中提出了先进文明如何依靠“黑洞月球”无限期地为他们的家园星球提供电力。他认为,这个黑洞照亮其轨道上的行星的方式,将构成未来SETI调查的潜在技术特征。

Loeb教授是哈佛大学Frank B. Baird Jr.科学教授,哈佛-史密森天体物理中心(CfA)理论与计算研究所所长,黑洞计划(BHI)的创始主任,以及伽利略计划的负责人。他的最新论文《黑洞卫星照亮行星的技术特征》最近发表在《美国天文学会研究笔记》(RNAAS)上。

1975年,斯蒂芬·霍金提出了黑洞会发射光子、中微子和一些更大的粒子的理论 —— 后来被称为“霍金辐射”。从那以后,利用黑洞作为能量来源的建议通常分为两大阵营。一方面,有可能利用它们吸积盘的角动量(“彭罗斯过程”)或捕获它们超高速射流产生的热量和能量(也许以戴森球的形式)。另一方面,也有可能将物质注入黑洞,并利用由此产生的霍金辐射。

在他的论文中,勒布提出了一个先进文明如何通过设计一个围绕其母星运行的黑洞来依赖后一种过程。这个黑洞将非常小,重量只有10万吨(10^11克)。如果不加以控制,这个黑洞将在一年半内通过霍金辐射的发射而蒸发。但正如勒布指出的那样,可以通过每秒在其上吸积相对少量的物质(2.2公斤; 4.85磅)来维持它。作为交换,它将提供无尽的电力供应:

“这个黑洞系统是我所想到的最有效的引擎。燃料以100%的完美效率转化为能量,因为落入黑洞的质量最终以霍金辐射的形式出来。我以前从未见过有人讨论过这个想法,当我在几周前意识到这一点时,我有了一个“尤里卡时刻”。另一种将质量100%转化为辐射的方法是物质-反物质湮灭。”

正如勒布所指出的那样,反物质的需求量超出了人类目前所能达到的水平。自1995年以来,欧洲核子研究中心的粒子对撞机已经成功地产生了不到10毫微克的反物质,这足以为一个60瓦的灯泡供电4小时。相比之下,勒布提出的10^11g黑洞可以持续提供40千万亿(40^15)瓦。勒布补充说:“全球能源消耗量为几瓦,比这个黑洞的电力供应少一万倍。这种黑洞发动机的另一个优点是,它可以使用任何形式的物质作为燃料。它可能是垃圾。没有比将垃圾转化为100%效率的清洁能源更好的回收垃圾的方法了。”

另一个优点是黑洞可以使用任何形式的物质作为燃料,包括文明产生的任何废物。在这方面,黑洞引擎将解决先进文明的垃圾问题,同时提供取之不尽的能源作为回报。在全球范围内,人类每年产生大约19.2亿吨的废物,这对我们的环境产生了严重的影响。这足以让一个重达10^11克的黑洞发动机运转超过4.37亿年!

至于这样的壮举是如何实现的,勒布提到了他之前的一篇专栏文章,他在文章中提出了一个理论,即一个足够先进的文明可以通过量子隧道创造一个“婴儿宇宙”。虽然只有III型文明(或更高级的文明)才能实现这样的壮举,,但黑洞引擎要简单得多,也许是II型文明可以设计的东西:

“这是一个巨大的挑战。好消息是,产生这样一个黑洞比产生一个婴儿宇宙要容易得多。但是,任何10^11g黑洞的生产线,都需要将物质或辐射压缩到比固体铁密度高60个数量级的质量密度。原子核或中子星的密度只比固体密度高15个数量级。这是在宇宙大爆炸后不到飞秒的宇宙辐射密度下实现的。”

这是勒布最近写的另一篇论文的主题,他在论文中提出,根据广义相对论,黑洞可以由光构成。但这个提议的黑洞引擎最有趣的地方在于,它可以在几光年外被探测到,这使得它成为一种可行的技术特征,可以表明先进文明的存在。就像许多被提议的技术特征一样,特别是戴森球体和其他巨型结构,黑洞引擎的存在是推测性的和理论上的。但正如弗里曼·戴森(Freeman Dyson)自己曾经说过的那样,无论我们能想象出什么(如果物理学是合理的),一个足够先进的文明可能已经被创造出来了。勒布说:

“黑洞引擎可能被发现为一颗流浪的岩石行星,它被一颗没有恒星质量伴星的伽马射线卫星照亮。如果我们找到这种引擎的证据,我们需要考虑,该源是由高度先进的技术文明创造或捕获为原始黑洞的可能性。没有什么比在时空弯曲的基础上创造一个迷你黑洞更好的技术创新标志了。”

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