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黑小天很白銀蟲(chóng) (小有名氣)
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[求助]
如果利用克爾黑洞提取能量,物質(zhì)與能量的轉(zhuǎn)化程度
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問(wèn)題如題,雖然我是化學(xué)方面的,但是此類物理很感興趣,自己沒(méi)有多少基礎(chǔ)知識(shí),網(wǎng)上也找不到, 請(qǐng)告訴我是不是如質(zhì)能轉(zhuǎn)化一樣的效率呢,還有怎么算 |

銀蟲(chóng) (小有名氣)

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以前看過(guò)一些關(guān)于黑洞的書(shū),克爾黑洞好像是最多會(huì)有27%的質(zhì)量以轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能的形式存在,此狀態(tài)下的黑洞視界赤道上自轉(zhuǎn)線速度無(wú)限逼近光速。黑洞的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能是可以提取出來(lái)的。 旋轉(zhuǎn)的黑洞會(huì)拖曳著它附近的時(shí)空以前轉(zhuǎn)動(dòng),形成時(shí)空的漩渦。假如你坐在飛船上靠近克爾黑洞,其過(guò)程好比你坐在船上靠近一個(gè)海中的大漩渦。隨著你離漩渦越來(lái)越近,船會(huì)被漩渦的水流拖著繞圈,轉(zhuǎn)得越來(lái)越快,與此同時(shí)受到漩渦的吸引了向漩渦中心運(yùn)動(dòng)(靠近黑洞的飛船會(huì)被時(shí)空拖曳著有繞黑洞旋轉(zhuǎn)和落入黑洞的趨勢(shì))。靠近到一定程度,水流的切向速度達(dá)到船馬達(dá)所能提供的最大速度,船就不可能在水流中靜止了,但這個(gè)時(shí)候你仍然可以船頭垂直的背離漩渦中心,開(kāi)動(dòng)馬達(dá),以螺旋線的運(yùn)動(dòng)形式離開(kāi)漩渦。(與此類似,當(dāng)靠近旋轉(zhuǎn)的黑洞一定的距離,黑洞拖曳時(shí)空旋轉(zhuǎn)的切向速度達(dá)到光速,這個(gè)時(shí)候任何物體都無(wú)法再保持靜止,這樣一個(gè)界限被稱之為靜止界限。)繼續(xù)靠近漩渦,當(dāng)水流徑向運(yùn)動(dòng)的速度也超過(guò)船的極限速度時(shí),船就會(huì)不可避免地卷入漩渦,再也無(wú)法逃離(對(duì)應(yīng)黑洞來(lái)講,徑向運(yùn)動(dòng)達(dá)到光速的這個(gè)距離就是黑洞視界)。在克爾黑洞靜止界限與視界之間的區(qū)域,叫做能層。如果派飛船進(jìn)入能層,然后朝黑洞轉(zhuǎn)動(dòng)方向的反方向扔下一個(gè)重物,然后快速離去。這個(gè)過(guò)程會(huì)使黑洞轉(zhuǎn)動(dòng)的角動(dòng)量降低,減少的部分轉(zhuǎn)移到飛船上,另外,轉(zhuǎn)動(dòng)量也降低,這部分能量也轉(zhuǎn)移到了飛船上,這就從黑洞中提取了能量。 另外,如果一遠(yuǎn)離黑洞并與黑洞相對(duì)靜止的質(zhì)量為m的物體落入黑洞,它在黑洞視界處動(dòng)能為mc^2。因此,可以在旋轉(zhuǎn)黑洞靜止界限外修建黑洞城市,將城市垃圾裝在一串相互鏈接的小車(chē)中,小車(chē)串沿螺旋線依次落向黑洞,每輛小車(chē)在到達(dá)拋射點(diǎn)時(shí)將車(chē)內(nèi)垃圾倒出,黑洞在捕獲垃圾時(shí)損失的旋轉(zhuǎn)能則由小車(chē)帶出。這樣不但將垃圾的全部靜止質(zhì)量轉(zhuǎn)換成了能量,還能夠提取黑洞的一部分轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能。 物體落入黑洞的過(guò)程是宇宙在質(zhì)能轉(zhuǎn)化效率最高的過(guò)程之一,和正反物質(zhì)湮滅一樣能夠?qū)⑽矬w的靜止質(zhì)量全部轉(zhuǎn)化成能量。旋轉(zhuǎn)的黑洞轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能是可以提取的,但提取的過(guò)程需要有物質(zhì)落入黑洞,落入黑洞的問(wèn)題質(zhì)量至少和提取的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能相等,黑洞的總質(zhì)能不會(huì)減少,黑洞視界的面積也不會(huì)減少(黑洞視界的面積對(duì)于黑洞的熵,黑洞視界面積不會(huì)減少正如熱力學(xué)第二定律描述的熵不會(huì)減少)。 最后呢,推薦一本介紹黑洞的書(shū)吧,書(shū)名就叫《黑洞》,作者忘了,這書(shū)的四個(gè)大章節(jié)的標(biāo)題分別是“引力與光”、”火中鳳凰“、”光的消逝“和”光的復(fù)歸“。這本書(shū)還是我初中的時(shí)候第一次看,當(dāng)時(shí)在網(wǎng)上看的,并不太懂,只覺(jué)得非常新奇刺激,不過(guò)還是記住了轉(zhuǎn)動(dòng)黑洞的”能層“、”外視界“、”內(nèi)視界“、”奇異環(huán)“這些東西,大學(xué)了在圖書(shū)館偶然之間再次看到,又重新翻看了一遍,感慨萬(wàn)千。還有一本書(shū)《黑洞與時(shí)間彎曲——愛(ài)因斯坦的幽靈》,這本書(shū)開(kāi)頭的《序章 黑洞之旅》非常精彩,最好看看。 |
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