【黑洞可能是星際旅行的中轉站，外星人通過“光環驅動”來去自如】

                2019年03月26日 11:59 科技探索

我們的腦海裏一直有這樣一幅畫面，威力無比巨大的黑洞，它所發出的可怕引力會吞噬宇宙的各種物質，連光都無法逃脫。毋庸置疑，如果生命進入黑洞，會立即死亡。

但是現在物理學家通過電腦類比表明，大型旋轉的黑洞可以作為星際空間旅行的航站。一些物理學家因此認為，你可能會通過黑洞到達銀河系的遙遠的地方，或者可能到達另一個星系。目前的宇宙學研究認為，最安全的星際通道之一可能是銀河系中心的超大品質黑洞，它被稱為人馬座A*，它可能是人類航天器飛出銀河系的中轉站。

黑洞是橫亙在科學事實和科幻小說之間的界線。一方面，科學家們通過研究認為真實的黑洞正在活動中，他們吞噬了那些毫無戒心距離太近的恒星，然而另一方面，現實研究卻終結在黑洞的邊緣，這裏被稱為事件視界，那裏從來沒有太空船去過，於是科幻小說作家們開始了各種天馬行空的創作。

所以無論在黑洞內部還是邊界之外發生了什麼，都是屬於猜測。科學家們一致認為，如果你進入黑洞的足夠深處，引力最終都將會變得十分強大，以至於它會殺死任何企圖穿越黑洞的東西。但科幻電影則更為樂觀，他們將黑洞描繪成穿越時空的門戶，或通往其他維度的門戶。也許您聽到科幻這個詞，只是認為這是些腦洞大開的幻想，頂多滿足一下人類的想像欲和感官刺激。

然而現在一些科學家認為科幻迷們關於黑洞的想法可能並非毫無道理。每個黑洞的中心都有一個密度無窮大的點，稱為奇點，這是黑洞具有強大引力的原因。幾十年來，科學家們一直認為奇點都是一樣的，所以任何經過視界的物體都會以同樣的方式被摧毀，它們會像中國的山西拉麵一樣被拉伸，一直到無限長的長度。

但在上世紀90年代初，這種觀點發生了變化，來自加拿大和美國的不同研究團隊發現了第二個奇點，稱為“大規模膨脹奇點”。它仍然有很強的引力，但它只會把物體拉伸到有限的長度，而且在這個過程中可能不會殺死你，也就是說，你可能在穿越黑洞的旅途中倖存下來。更具體地說，通過一個大的旋轉黑洞，這是第二個奇點存在的地方。

很明顯，天文學家現在並不能通過黑洞的旅行來驗證這個理論。事實上最好的測試地點，是在距離我們27000光年遠的銀河系中心的超大品質黑洞人馬座A*，但是這麼遙遠，現在人類想要測試根本不現實。於是科學家們轉而考慮進行電腦類比，想要發現當我們成功地到達一個單獨的、旋轉的黑洞會發生什麼。麻省理工學院達特茅斯分校和喬治亞格溫內特學院的一組科學家首次進行了這個實驗。

類比過程顯示，當你通過黑洞的第二個奇點時，溫度會略微升高但並不劇烈，只是你沒有足夠的時間來應對非常強大的力量。通過這個相對較弱的奇點，就像手指快速穿過1000攝氏度的蠟燭火焰。如果你的手指在火焰中停留的時間足夠長，你會被灼傷，但是如果你的手指快速穿過火焰，你幾乎感覺不到任何東西。同樣如果你以合適的速度和動量，在合適的時間通過一個弱奇點，你可能毫髮無損，感覺不到什麼變化。至於一旦你穿過黑洞到達另一邊會發生什麼，沒有人真正知道。科學家認為其中一種可能性是，你會到達銀河系的另一個遙遠的地方，可能距離任何行星或恒星都有光年之遙，但另一種更有趣的可能性是，我們會到達一個完全不同的星系，前提是你的生命足夠長可以走那麼久。

現在哥倫比亞大學的天文學家天體物理學家大衛·基普對於奇妙的黑洞作用又有了新的拓展，對於假想中的外星文明如何穿梭於我們的星系，天文學家認為他們可以向相互環繞的雙黑洞發射鐳射。

這個想法是NASA數十年來使用的技術的未來升級版。光環驅動的方法是利用“引力反射鏡”來吸收黑洞的能量，引力反射鏡是黑洞的一個區域，它吞噬物質，並將其以完全相同的方向發射出去。於是發射的雷射光束會在黑洞周圍彎曲並帶來額外的能量，進而推動太空船接近光速。天文學家可以通過觀察黑洞是否比預期更頻繁地合併，來尋找外星文明使用“光環驅動”的跡象。

大衛·基普表示，利用那些被稱為“飛旋鏢光子”的返回光子，星際旅行理論上可以利用因此收集到的能量，實現比黑洞本身還要快133%的速度。這種從黑洞中獲取能量的方法不僅可以避免危險地接近引力空洞。宇航員多年來一直使用彈射原理，利用行星或者月球自身的重力，幫助太空船加速進入宇宙空間。黑洞移動越快，光環驅動器可以從中獲取的能量越多，因此科學家更多關注彼此相互螺旋運動的雙黑洞模式。一個外星文明可以利用黑洞作為銀河系的中轉站，但是很難遠端探測到，除非有更高的雙星合併率和過多的雙星偏心。

從理論上講，如果一個外星文明可以足夠近的接近黑洞，那麼它就可以在我們無法察覺的情況下利用這種星際穿越方法。光環驅動相比其他可能的星際旅行方式，可以減少對大量燃料來源的依賴。其他理論上的星際旅行方式需要太空船加速到所謂的“相對論速度”，一種與光速相當的速度，而光環驅動可以說是一種顛覆性的獲取能量的方式，雙黑洞模式本質上講就是一個巨大的電池，關鍵是如何開發和有效利用宇宙中存在的巨大能量。

人類未來或可從雙黑洞系統獲取能量進行星際旅行

據國外媒體報導，一位元常春藤聯盟的天文學家宣稱，人類或許可以通過一種名為“光環驅動器”（Halo Drive）的全新方法，從雙黑洞系統獲取能量，從而實現無需燃料的星際旅行。

這位名為大衛·基平（David Kipping）的天文學家來自美國哥倫比亞大學，他表示，理論上外星人可能已經在我們不知情的情況下使用這種技術了。光環驅動器推動飛船的原理主要是利用“引力鏡”來吸收黑洞的能量。引力鏡是指黑洞的某一區域在吞噬物質之後，又將物質以同樣的方向拋射出去。

“在宇宙中搜尋智慧生命，往往是在考慮假想先進文明的可能活動，以及可能由此產生的相關技術特徵的指導下進行的，”大衛·基平在2月28日發表於預印本期刊網站arXiv的論文中寫道，“沿著這些方向，本研究考慮了一個先進文明如何利用光帆概念進行相對論式高效推進的可能性。”

科學家已經觀察到，當光子進入引力鏡區域並隨後被射回時，它們不僅從旅程中獲得了速度，而且還保留了一部分動能。大衛·基平表示，利用這些返回的光子——稱為“迴旋鏢光子”（boomerang photon）——星際旅行者可以從中收集能量，達到比黑洞高133%的速度。

這種從黑洞中獲取能量的方法不僅可以避免過於靠近危險的極大引力空間，也將使飛船極難被探測到。很長時間以來，天文學家一直將黑洞視為一種引力彈弓，可以幫助將物體推入遙遠的太空。

在“引力彈弓效應”中，某個天體（如行星或衛星）可以將飛船“投擲”出去並使其加速。1963年，著名物理學家弗裏曼·戴森（Freeman Dyson）提出，任何體積的飛船都可以利用成對的緊密天體（如白矮星或中子星）的引力彈弓效應達到相對論速度——顯著接近光速的速度（戴森最著名的構想是被稱為“戴森球”的巨大球形結構，先進文明通過戴森球將整個恒星囊括在內，捕獲其絕大部分能量）。

然而，這些成對衰亡恒星具有極端的引力和有害輻射，其引力彈弓效應可能會損壞飛船。相反地，大衛·基平指出，引力或許可以提高射向黑洞邊緣的雷射光束能量，從而為飛船提供幫助。黑洞具有強大的引力場，可以扭曲光子的路徑，使其不落入黑洞內部。

1963年，物理學家馬克·斯塔基（Mark Stuckey）提出，黑洞在理論上可以作為一個“引力鏡”，即黑洞的引力可以將光子彈回，使其飛向光源。大衛·基平計算出，如果一個黑洞朝著光子來源運動，那迴旋鏢光子就可以帶回黑洞的部分能量。黑洞的移動速度越快，光環驅動器從中獲取的能量就越多。因此，大衛·基平認為應該利用合併之前彼此高速螺旋運轉的雙黑洞。

大衛·基平說：“某個文明可以利用黑洞作為星系航點，但這些航點將很難遠端探測到，除非出現雙黑洞合併率升高或較高的雙黑洞偏心率。”因此，如果某個文明具有足夠接近黑洞的能力，在理論上就可以在我們不知情的情況下，利用光環驅動器方法進行星際旅行。天文學家或許可以通過觀察雙黑洞合併是否發生得更加頻繁來尋找外星生命使用光環驅動器的跡象。

大衛·基平的研究主要基於成對黑洞彼此環繞運轉時可以達到相對論速度。儘管銀河系中估計有1000萬對雙黑洞，但大衛·基平指出，只有少數雙黑洞能以相對論速度長時間彼此環繞運轉，因為大多數雙黑洞會很快合併。不過，他認為一些孤立旋轉的黑洞也可以幫助光環驅動器達到相對論速度，“而且我們已經知道有許多超大品質黑洞以相對論速度旋轉”。

光環驅動器的一大缺點是“必須前往最近的黑洞，”大衛·基平說，“這就像一次性支付高速過路費。你必須耗費一定能量才能到達最近的入口，但接下來，你就可以想走多遠就走多遠。”

光環驅動器只有在非常靠近黑洞——大約是黑洞直徑的5到50倍——的距離上才能發揮作用。“這就是你首先必須非常接近黑洞的原因，也決定了你無法以此輕易地跨越數光年的距離，”大衛·基平說，“我們仍然需要先找到某種方法，到達鄰近的恒星，然後才能進入星際‘公路系統’。”

大衛·基平表示，與其他假想的星際旅行方式相比，光環驅動器的另一個主要好處是可以極大地減少對燃料來源的需求。其他理論上的星際旅行方式都要求飛船加速到所謂的相對論速度，但這需要大量的燃料，而這些燃料本身也具有品質，反過來要求推進器的功能更加強大。相比之下，光環驅動器只需要從黑洞中採集光子即可。裝配有光帆的飛船可以利用鐳射來推動自己前進。

2016年，物理學家史蒂芬·霍金與投資人尤裏·米爾納共同宣佈了“突破攝星”（Breakthrough Starshot）項目的正式啟動。該項目的初期投資為1億美元，計畫研發名為“星片”（StarChip）的光帆飛行器，以五分之一光速航行約20年，到達半人馬α星——距離我們最近的恒星系統。

黑洞裏面有什麼？

黑洞是宇宙中最奇特的天體之一，它們的名字來源是：沒有任何物體可以逃脫它們的引力，即使是光線也不能。如果你冒險接近黑洞並穿過所謂的事件視界，即光線也無法逃脫的邊界，那你將永遠被困在黑洞中，或者被摧毀。

對於小型黑洞，無論如何你都不可能在如此近距離的接觸中倖存下來。靠近事件視界的潮汐力足以將任何物質拉伸到一串原子的程度，物理學家將這一過程稱為“麵條化”（spaghettification）。

但對於大型黑洞——比如銀河系等星系中心的超大品質黑洞，其品質相當於一顆恒星品質的數億倍甚至數十億倍——穿越事件視界可能就會平安無事。科學家認為，我們是有可能在進入黑洞世界的過程中存活下來的。

物理學家和數學家一直想知道黑洞裏面的世界是什麼樣的。他們轉向愛因斯坦的廣義相對論方程來預測黑洞內部的世界。這些方程很有效，直到觀察者接近黑洞中心或奇點。在理論計算中，那裏的時空曲率會變為無窮大。