1971年,英國數學物理學家、諾貝爾獎得主羅傑·彭羅斯提出了從旋轉黑洞中提取能量的方法。他認為,可以通過在黑洞的吸積盤周圍建造一個裝置,在那裏,落入的物質被加速到接近光速,觸發多種波長的能量釋放。
從那時起,多位研究人員曾提出,先進文明可以使用這種方法(彭羅斯過程)為他們的文明提供動力,並且這代表了一種我們應該注意的科技信號。
例子包括約翰·M·斯馬特的《超越假設》,這是對費米悖論的擬議解決方案,他建議先進的智能可能會遷移到黑洞周圍的區域,以利用可用的能量。
最新的提議來自哈佛大學教授Avi Loeb,他在最近的一篇論文中提出,先進文明可以依靠一個「黑洞月球」為他們的家園行星提供無限的電力。他認為,這個黑洞照亮它所環繞的行星的方式,將構成未來SETI調查的一種潛在的科技信號。
Loeb教授是哈佛大學的Frank B. Baird Jr.科學教授,哈佛-史密森天體物理中心(CfA)理論與計算研究所所長,黑洞倡議(BHI)的創始所長,以及伽利略項目的負責人。
他的最新論文《黑洞月球對行星的照明作為一種技術信號》,最近發表在《AAS研究筆記》上。
1975年,史蒂芬·霍金提出黑洞會發出光子、中微子和一些較大的粒子——此後被稱為「霍金輻射」。從那時起,關於使用黑洞作為能源源的提案通常分為兩類。
一方面,有可能利用其吸積盤的角動量(「彭羅斯過程」)或捕獲其超高速噴流產生的熱量和能量(也許以戴森球的形式)。另一方面,有可能將物質餵給黑洞並利用產生的霍金輻射。
在他的論文中,Loeb提出了一個先進文明如何通過設計一個繞其家園行星運行的黑洞來依靠後一種過程。這個黑洞將非常小,重量只有十萬噸(1011克)。
如果任其發展,這個黑洞將在一年半內通過霍金輻射的釋放而蒸發。但正如Loeb通過電子郵件告訴《宇宙今日》,它可以通過每秒向其上吸取相對較少量的物質(2.2公斤;4.85磅)來維持。作為交換,它將提供源源不斷的電力:
「這個黑洞系統是我所想到的最有效的引擎。燃料以完美的100%效率轉化為能量,因為落入黑洞的質量最終以霍金輻射的形式出來。我以前沒有看到過這個想法,並且在幾周前意識到它時有一個『尤里卡時刻』。只有物質-反物質湮滅才能以100%的效率將質量轉化為輻射。」
正如Loeb所指出的,所需的反物質量超出了人類目前所能實現的任何範圍。自1995年以來,CERN的粒子對撞機已經設法產生了不到10納克的反物質,這足以點亮一個60瓦的燈泡四個小時。相比之下,Loeb提出的1011g黑洞可以持續提供40萬億(4015)瓦的電力。
「全球能源使用為幾太瓦,比這個黑洞的電力供應少一萬倍,」Loeb補充道。「這個黑洞引擎的另一個優點是它可以使用任何形式的物質作為燃料。它可以是垃圾。沒有比將垃圾以100%的效率轉化為清潔能源更好的回收方法。」
另一個優點是黑洞可以使用任何形式的物質作為燃料,包括文明產生的任何廢物。在這方面,黑洞引擎將解決先進文明的垃圾問題,同時提供源源不斷的能源作為回報。
在全球範圍內,人類每年產生大約19.2億公噸(21.2億美噸)的廢物,這對我們的環境產生了嚴重的影響。這足以餵養一個重1011克的黑洞引擎超過4.37億年。
至於如何實現這樣的壯舉,Loeb提到了他之前的一篇專欄文章,他在其中理論化了一個足夠先進的文明可以通過量子隧穿創造一個「嬰兒宇宙」。雖然這樣的壯舉只有第三型文明(或更先進)才能實現,但黑洞引擎會簡單得多,也許第二型文明可以設計。
「這是最大的挑戰。好消息是,生產這樣的黑洞比生產嬰兒宇宙容易得多。但是任何1011克黑洞的生產線都需要將物質或輻射壓縮到比固體鐵的密度高60個數量級的質量密度。原子核或中子星的密度只有比固體密度高15個數量級。這在大爆炸後不到一飛秒的宇宙輻射密度中是可能的。」
這是Loeb最近撰寫的另一篇論文的主題,他在論文中認為,根據廣義相對論,黑洞可以由光製成。但這個提出的黑洞引擎最有趣的是它可以在光年之外被探測到的方式,這使得它成為一個可行的科技信號,可以表明先進文明的存在。
像許多提出的科技信號一樣,特別是戴森球和其他巨型結構,黑洞引擎的存在是推測性的和理論性的。但正如弗里曼·戴森本人曾經說過的那樣,無論我們能想到什麼(如果物理學是合理的),一個足夠先進的文明可能已經被創造出來。
Loeb說:「黑洞引擎可以被發現為一顆被伽馬射線月球照亮的流浪岩石行星,沒有恆星質量的伴星。如果我們發現這樣的引擎的證據,我們需要考慮這種來源可能是由一個高度先進的技術文明創造或捕獲的原始黑洞。沒有比從時空曲率中創造一個微型黑洞的形式的火爐更好的技術創新的標誌。」