我們能利用黑洞的能量嗎？

在發表於《物理評論D》雜誌上的一項研究中，哥倫比亞大學的物理學家Luca Comisso和伊巴內茲大學的Felipe Asenjo發現了一種從黑洞中提取能量的新方法，這種方法需要打破並重新連接視界（event horizon，一個連光都逃脫不了黑洞引力的臨界點）附近的磁力線。

「黑洞周圍通常盛滿了帶有磁場的等離子體粒子（plasma particles）『熱湯』。」哥倫比亞大學科學家、本項研究的第一作者Luca Comisso說。

「我們的理論表明，當磁力線以某種方式斷開和重新連接時，它們可以加速等離子體粒子，使其產生負能量，從而提供大量黑洞能量。」

Comisso提到，這一發現可以讓天文學家更好地估量黑洞的自旋，驅動黑洞的能量釋放，甚至可能為先進文明提供一種新的能量來源。

Comisso和Asenjo的理論有一個前提，那就是重新連接磁場會導致等離子體粒子朝不同方向加速。一股等離子體流（plasma flow）逆著黑洞自旋方向前進，另一股則順著黑洞自旋方向加速，並最終脫離黑洞的魔爪，當有負能量的等離子體被黑洞吞噬時，能量會從黑洞中釋放出來。

「這就像一個人可以通過吃含有負熱量的糖果來減肥，」 Comisso解釋說，「黑洞吃負能量粒子會導致能量損失的說法聽起來很奇怪，但它的確可能發生在一個稱為能層（ergosphere）的區域，在那裡時空連續體（spacetime continuum）旋轉得如此之快，以至於每個物體的旋轉方向都與黑洞相同。」

在能層內部，磁場重聯（magnetic reconnection）是如此的極端以至於等離子體粒子被加速到接近光速。

Asenjo是阿道夫伊巴涅斯大學的物理學教授，也是這項研究的合著者，他解釋說，被捕獲的和在逃逸的等離子體流之間的相對速度差得很多，使得過程中能從黑洞提取大量能量。

「我們計算出，等離子體充能的能效可以達到150%，遠高於地球上任何運行的發電廠。」 Asenjo提到，「達到100%以上的效率是可能的，因為黑洞會泄漏能量，這些能量會免費贈送給從黑洞逃逸出來的等離子體。」

Comisso和Asenjo設想的過程可能已經在大量黑洞中上演。這可能是驅動黑洞耀斑（black hole flares）爆發的原因——從地球上可以探測到這些強大的輻射爆發。

「要是我們對黑洞附近如何發生磁場重聯能有更多了解，將對指導未來望遠鏡對黑洞的觀測起到重要作用，例如使用事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope）進行觀測。」 Asenjo說。

雖然這聽起來像科幻小說中的橋段，但從黑洞中開採能源可能是解決我們未來能源需求的答案。

Comisso說：「幾千年或幾百萬年後，人類也許能夠在黑洞周圍生存，而不需要利用恆星的能量。這本質上是一個技術問題。如果我們了解物理，就沒有什麼能阻止我們。」

這項名為「磁場重聯作為從旋轉黑洞中提取能量的機制」的研究由國家科學基金會（NSF）宇宙之窗計劃、美國宇航局和智利國家科技發展基金資助。

美國國家科學基金會的項目主管Vyacheslav（Slava） Lukin說，美國國家科學基金會的目標是促進基於前沿觀測的新理論努力，將理論物理學和觀測天文學創新性地結合在一起。

Lukin說：「我們期待著將看似深奧的黑洞天體物理學轉化到可操作領域。」