人类首次模拟黑洞能量放大科学家在实验室造出黑洞炸弹
“黑洞炸弹”,被科学家在实验室里做出来了!从此,人类能在实验室里,研究旋转黑洞的超辐射能量放大过程了。
起因是,南安普敦大学的Hendrik Ulbricht团队,用一个旋转的金属圆柱体,成功在实验中观测到了“超辐射”(superradiance)效应,也就是“黑洞炸弹”的简化模型。
这是理论界几十年来,首次用实验证明该过程。
那么。所谓“黑洞炸弹”到底是什么?
1970年代,物理学家Roger Penrose在研究旋转黑洞时发现,它们周围有个奇怪的区域——ergosphere,里面的粒子在特定条件下可以携带“负能量”。
如果某个粒子掉进黑洞,带走它的旋转能量,那另一个粒子就能带着额外能量逃脱,就相当于“偷”了黑洞的动能。
后来物理学家Yakov Zel’dovich提出:不一定要黑洞,只要有一个旋转的吸收体(比如金属柱子)和入射的电磁波,类似的放大效应也可以发生。
这个机制被称作超辐射,他还推断,这种能量甚至可以发生在“真空”中,因为量子真空本就不是空的,而是充满了涨落的虚粒子对。
如果在这个系统周围加上“镜子”,让被放大的波不断反射,继续参与放大,那能量就会像雪球一样越滚越大,最后爆炸。
这种设定就被称为“黑洞炸弹”。
而Ulbricht团队设计了一个装置,由旋转金属圆柱体、感应电机线圈、电容组成,线圈既能提供电磁场,也能反射波动,相当于“镜子”。
原本他们还担心,金属柱要转得很快才能达到超辐射条件,可能会因为结构受限而崩掉。
但后来他们发现:降低电磁波频率,可以让旋转速度提前达到预期条件。
结果,他们成功观测到电压信号指数级增长,系统里的能量确实被不断放大,爆发了出来。这正是Zel’dovich当年预言的超辐射效应!
虽然叫“黑洞炸弹”,但目前这个实验的能量级别非常微小,大概就相当于按下一颗键盘的力气(毫焦耳级别)。
但它验证了一个核心物理过程,正如丹麦物理学家 Vitor Cardoso 说的:“这意味着,我们真的可以在实验室里研究黑洞的物理了。”
更大胆的设想已经开始,这个装置未来或能用于暗物质探测。
更长远来看,如果真能从“真空”中提取能量,那将是近乎无限的清洁能源来源。
谁能想到,旋转金属筒和简单电路,居然让科学家在实验室里,复现了几十年前的黑洞能量放大理论,为基础物理研究打开了一条全新路径。
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