外星人能利用戴森球吸收黑洞的能量吗？一切皆可想

在2021年7月发表的一篇论文中，研究人员探索了一个先进文明如何在黑洞周围建造戴森球以获取巨大能量的可能性。那么，黑洞与戴森球是如何联系起来的？用戴森球收集黑洞能量的可能性有多大？

什么是戴森球？

让我们先从戴森球开始。这是一种假想的人造结构，我们可以将它看作一个巨大的球形能量收集器，围绕在恒星周围，用来捕捉其全部的光线并获取能量。美国理论物理学家弗里曼·戴森在20世纪60年代初最早提出了这个概念。不过，在虚构作品中，戴森球往往被描述为一个包围恒星的人造空心球体，这其实是对其原意的曲解。戴森在回复有关他论文的心中曾说：“一个围绕恒星的球壳或环从物理上来说是不可行的。我设想的‘球’的形式是由松散的太阳能收集器或独立环绕恒星轨道的卫星云构成。”

1964年，苏联天文学家尼古拉·卡尔达肖夫提出，可以根据一个文明所能够利用的能源量级，来量度文明层次及技术先进程度。他将文明分成三个量级，其中Ⅱ型文明具有驾驭一颗恒星能量的能力，戴森球便是该级文明的标志。我们现在知道，这样的球体结构在现实中是不稳定的，它最终会撞向恒星。如今，天文学家转而谈论所谓的“戴森云”，由大量绕恒星运行的密集能量收集结构组成。一个围绕太阳的戴森云可以收集大部分太阳能，产生的能量可以用万亿亿瓦来衡量。

除了戴森云，还有人提出了戴森球的另一种形式——戴森泡。与戴森云类似，戴森泡也是由许多独立结构组成，并且可以逐步地进行建造。但这个方案不采用环绕轨道的方式，而是通过巨大的、承受光压的太阳帆来抵消恒星的引力。对母恒星而言，戴森泡的各个结构可能是完全静止的，并且相互独立。而且，由于光压和恒星引力之比是恒定的，与距离无关，因此太阳帆可以自由调整与恒星的距离。理论上，如果造出并围绕恒星部署了足够数量的太阳帆卫星，就能组成一个非固定的戴森泡。

什么是黑洞？

相比戴森球，黑洞的知名度就要高得多了。简单来说，当足够大的质量集中在一个足够小的空间中时，黑洞就形成了。在适当的条件下，物质自身的引力会压倒一切，导致其坍缩成所谓的“奇点”——所有质量都聚集在一个几何点上(我们需要量子引力理论来真正理解奇点处发生了什么)。黑洞便是由奇点和事件视界组成的，事件视界就是黑洞的表面，越过这一边界就不可能“回头”。换言之，任何跨越事件视界的东西都将永远从我们的宇宙中消失。

戴森球vs黑洞

无论是戴森球，还是黑洞，都是天体物理学中非常迷人和古怪的概念。戴森球描述了围绕恒星运转的巨大机器，影响范围甚至与太阳系不相上下，由超先进的文明建造以获取能量。黑洞勾勒出了一个空间和时间都密集得不可思议的区域，这些区域被边界所包围，使黑洞内部与宇宙的其他部分分隔开来。你可能会问，如何从黑洞中获得能量？毕竟，黑洞不是会吞噬掉所有落入事件视界的东西吗，包括光？

虽然落入事件视界的物质和能量已经消失，但留在更远地方的物质仍然可以辐射能量并逃逸。研究人员首先想到的是与正常恒星形成双星系统的恒星质量黑洞。在这样的系统中，黑洞会将物质从普通恒星中吸走，这些物质随后形成一个旋转的气体盘，称为吸积盘，围绕黑洞旋转，并最终穿过事件视界。吸积盘的物质粒子不断摩擦，强烈发热，会辐射出大量能量。当热物质停留在事件视界之外时，会将能量以X射线的形式辐射到太空中(通过对这类X射线的观测，可以间接发现黑洞并对其进行研究)。吸积盘还会产生高能的等离子体光束(或者称为喷流)，这些等离子体以接近光速的速度从吸积盘和黑洞中喷射出来。

在黑洞-恒星系统的周围放置一个戴森球，无疑会涉及到一些非常极端的天文工程。当然，在任何恒星周围建造戴森球都需要非常先进的技术能力——可能需要碾碎许多颗行星才能获得所需的材料。在一个有黑洞的双星系统周围的极端环境中建造戴森球将更加困难，特别是如果想从吸积盘喷流中捕获能量的话。