正文 第256章 黑洞飞船
的水的质量，超过十亿兆吨，而地球本身的质量约为六千万亿兆吨。
所以从宇宙的宏观尺度来看，这个质量根本不值一提。
尽管这个质量的黑洞能释放巨大的能量，且自身质量并不算大，但对于制造宇宙飞船来说，它的能量功率依然过低，而质量又过高了。
所以在之后讲解黑洞动力宇宙飞船的科普中，我们会关注质量约为一兆吨的微型黑洞。
至少在星际尺度下，这些质量的黑洞可以保持静止，比如被用作空间站和行星的能量源，这种山丘质量级别的黑洞是绝佳选择。
它们的寿命可达数百万甚至数十亿年，相比同等质量的太阳能板、风力涡轮机，或是石油、铀这类依赖有限燃料的能源设备，能释放出更多的能量，而且它们的体积远小于成片的太阳能板或风力涡轮机，因为它们的大小比质子还要小。
但这也意味着，如果你在地球上制造出这样一个黑洞，它会径直坠向地球核心，然后再从地球的另一端飞出来，整个过程仅需80分钟。
要知道，它的体积比原子还小，却拥有和一颗自由坠落的小行星相当的惯性，它在运动过程中几乎不会受到任何碰撞摩擦，只会以80分钟为周期，在地球内部来回振荡，沿途留下一道灼烧的轨迹。
这也是为什么我们并不担心会在实验室中意外制造出黑洞——即便真的制造出了黑洞，它的质量也会远小于一百兆吨，大概只有一粒沙子那么重，其寿命短到我们只能用科学记数法来描述，会瞬间蒸发消失。
即便它没有瞬间蒸发，也只会以80分钟为周期，在地球内部来回穿梭（你可能也见过有资料说这个时间是84分钟，这个时间指的是物体在无摩擦的真空环境中，穿过一个天体从一端到另一端再返回的时间，这个时间完全由天体的密度决定，与天体的体积无关）。
这个概念的核心就是“引力火车”，而且新版的《全面回忆》电影中也出现过这个概念（不是老版的那部，我个人其实还挺喜欢新版的，尽管它不如老版经典）。
通常来说，我们会将引力火车的概念应用于同一大陆上两座城市之间的近地短距离运输，而非穿过地核的长途运输。
简单来说，你可以在两座城市之间，比如纽约和克利夫兰，搭建一条无摩擦的真空隧道，无需任何动力，就能借助引力在两座城市之间穿梭。
这是一个和本期主题无关但十分有趣的概念，我们之后可能会专门讲解。
当然，也有一些方法能阻止黑洞坠向天体核心，最简单的方法，或许就是将它放置在地球的地球静止轨道上，然后将它释放的能量传输到地面。
我知道我通常不太赞成能量无线传输的方式，因为一个能为一千万人供电的能量束，也可以被当作致命的射线武器——尤其是霍金辐射通常都是高能硬伽马射线，但这个方法依然值得一提。
过一段时间，我会稍微讲讲微型黑洞的武器化应用，不过这次我们先略过这个话题。
关于超级武器的科普，这类话题确实有很多有趣的切入点，但如果我的“超级反派气质”再重一点，我恐怕就要开始为我的秘密基地挑选地址了，所以这个话题先放一放。
想要隔绝伽马射线，我们可以用钨这类吸收性强、熔点极高的物质，将黑洞包裹起来。
对于这个能释放300亿瓦能量的山丘质量黑洞来说，我们需要一个直径几百英尺的钨质球形外壳，这个外壳会被黑洞的辐射烤得通红。
之后，我们可以用太阳能板收集这些能量，或者用经典的方式，利用这些热量煮沸水，推动涡轮机发电——不过在零重力环境下，这种发电装置的结构设计，会和我们的常规认知大相径庭。
制造黑洞同样是一个难题，不过相比给黑洞补充质量、防止其爆炸来说，制造黑洞的难度还算小的，这一点我们下一期找机会再讲。
因为用于宇宙飞船的黑洞，其寿命会让我们不得不担心它们发生爆炸的问题，但制造黑洞依然是一个巨大的技术难题。
不过从物理学角度来看，制造黑洞并非不可能，就我们目前所知，制造小型黑洞并不违反任何已知的物理定律。
当然，这一点始终无法被完全证实，因为我们对黑洞的了解还十分有限，甚至科学界还在争论，黑洞本身是否可能违反物理定律。
制造超大质量的黑洞，在概念上其实很简单：把大量物质挤压在一起，就成了黑洞。
但物质本身具有斥力，并不容易被高度压缩，而制造小型黑洞时，我们甚至无法借助引力来帮助压缩物质。
所以目前最受认可的理论方法，是利用激光束的对撞来制造黑洞，因为光子是玻色子，与构成我们日常认知中几乎所有普通物质的费米子不同，光子可以被无限紧密地聚集在一起。
可以说，光子是没有实体的，所有玻色子都具有这样的特性，无数个玻色子可以同时占据同一个空间位置。
当然，在这种极小的尺度下，空间和时间的概念本身，就已经变得有些不准确了。
如果你想了解更多细节，可以去查阅“泡利不相容原理”的相关资料。
所以，如果你将大量光子精准地瞄准同一个点，让它们在同一时间抵达该位置，并在这个点上聚集足够的能量，使其达到形成黑洞的临界值，一个黑洞就诞生了。
通常来说，我们会使用伽马射线来完成这个过程，因为伽马射线的波长极短，而当你想要瞄准一个比原子核还小的点时，短波长是至关重要的。
要实现这个过程，需要极高的精准度，以及巨大的初始能量供应，不过我们可以通过让光线在反射镜等装置中不断反射，来逐步积累能量。
如果精准度足够高，我们还能控制黑洞形成的初始条件，为它赋予我们想要的自旋状态（或让它完全不自旋），也能为它设定初始的运动速度和方向。
顺带一提，用这种方式制造的黑洞，其实并不能被称为能量源，它更像是一个电池，因为我们需要向其中注入大量能量，才能将其制造出来，这相当于一次大规模的能量储存。
幸运的是，太阳释放的总能量，大约是抵达地球的太阳能的十亿倍，如果你能利用太阳释放的全部能量，来制造我们之前提到的那种一百兆吨质量、山丘大小的黑洞——根据质能方程e=c??，这个黑洞蕴含的能量接近10的28次方焦耳，那么你每分钟都能制造出一个新的黑洞。
在这个场景下，黑洞虽然是一种电池，但由于我们能控制它的初始运动速度，而且黑洞本身就能产生巨大的推力。
这些黑洞电池，对于为远离太阳的设备供电，或是制造小型紧凑的能量源来说，都是极其实用的。
相比之下，核聚变反应堆并不是电池，这也是为什么我在谈论未来的能量源时，总会提到核聚变。
但在作为宇宙飞船的电池或燃料方面，黑洞的性能远远超过核聚变，而且其维护难度也可能低得多。
(https:/39473_39473658/70634553htl)(3/3)
所以从宇宙的宏观尺度来看，这个质量根本不值一提。
尽管这个质量的黑洞能释放巨大的能量，且自身质量并不算大，但对于制造宇宙飞船来说，它的能量功率依然过低，而质量又过高了。
所以在之后讲解黑洞动力宇宙飞船的科普中，我们会关注质量约为一兆吨的微型黑洞。
至少在星际尺度下，这些质量的黑洞可以保持静止，比如被用作空间站和行星的能量源，这种山丘质量级别的黑洞是绝佳选择。
它们的寿命可达数百万甚至数十亿年，相比同等质量的太阳能板、风力涡轮机，或是石油、铀这类依赖有限燃料的能源设备，能释放出更多的能量，而且它们的体积远小于成片的太阳能板或风力涡轮机，因为它们的大小比质子还要小。
但这也意味着，如果你在地球上制造出这样一个黑洞，它会径直坠向地球核心，然后再从地球的另一端飞出来，整个过程仅需80分钟。
要知道，它的体积比原子还小，却拥有和一颗自由坠落的小行星相当的惯性，它在运动过程中几乎不会受到任何碰撞摩擦，只会以80分钟为周期，在地球内部来回振荡，沿途留下一道灼烧的轨迹。
这也是为什么我们并不担心会在实验室中意外制造出黑洞——即便真的制造出了黑洞，它的质量也会远小于一百兆吨，大概只有一粒沙子那么重，其寿命短到我们只能用科学记数法来描述，会瞬间蒸发消失。
即便它没有瞬间蒸发，也只会以80分钟为周期，在地球内部来回穿梭（你可能也见过有资料说这个时间是84分钟，这个时间指的是物体在无摩擦的真空环境中，穿过一个天体从一端到另一端再返回的时间，这个时间完全由天体的密度决定，与天体的体积无关）。
这个概念的核心就是“引力火车”，而且新版的《全面回忆》电影中也出现过这个概念（不是老版的那部，我个人其实还挺喜欢新版的，尽管它不如老版经典）。
通常来说，我们会将引力火车的概念应用于同一大陆上两座城市之间的近地短距离运输，而非穿过地核的长途运输。
简单来说，你可以在两座城市之间，比如纽约和克利夫兰，搭建一条无摩擦的真空隧道，无需任何动力，就能借助引力在两座城市之间穿梭。
这是一个和本期主题无关但十分有趣的概念，我们之后可能会专门讲解。
当然，也有一些方法能阻止黑洞坠向天体核心，最简单的方法，或许就是将它放置在地球的地球静止轨道上，然后将它释放的能量传输到地面。
我知道我通常不太赞成能量无线传输的方式，因为一个能为一千万人供电的能量束，也可以被当作致命的射线武器——尤其是霍金辐射通常都是高能硬伽马射线，但这个方法依然值得一提。
过一段时间，我会稍微讲讲微型黑洞的武器化应用，不过这次我们先略过这个话题。
关于超级武器的科普，这类话题确实有很多有趣的切入点，但如果我的“超级反派气质”再重一点，我恐怕就要开始为我的秘密基地挑选地址了，所以这个话题先放一放。
想要隔绝伽马射线，我们可以用钨这类吸收性强、熔点极高的物质，将黑洞包裹起来。
对于这个能释放300亿瓦能量的山丘质量黑洞来说，我们需要一个直径几百英尺的钨质球形外壳，这个外壳会被黑洞的辐射烤得通红。
之后，我们可以用太阳能板收集这些能量，或者用经典的方式，利用这些热量煮沸水，推动涡轮机发电——不过在零重力环境下，这种发电装置的结构设计，会和我们的常规认知大相径庭。
制造黑洞同样是一个难题，不过相比给黑洞补充质量、防止其爆炸来说，制造黑洞的难度还算小的，这一点我们下一期找机会再讲。
因为用于宇宙飞船的黑洞，其寿命会让我们不得不担心它们发生爆炸的问题，但制造黑洞依然是一个巨大的技术难题。
不过从物理学角度来看，制造黑洞并非不可能，就我们目前所知，制造小型黑洞并不违反任何已知的物理定律。
当然，这一点始终无法被完全证实，因为我们对黑洞的了解还十分有限，甚至科学界还在争论，黑洞本身是否可能违反物理定律。
制造超大质量的黑洞，在概念上其实很简单：把大量物质挤压在一起，就成了黑洞。
但物质本身具有斥力，并不容易被高度压缩，而制造小型黑洞时，我们甚至无法借助引力来帮助压缩物质。
所以目前最受认可的理论方法，是利用激光束的对撞来制造黑洞，因为光子是玻色子，与构成我们日常认知中几乎所有普通物质的费米子不同，光子可以被无限紧密地聚集在一起。
可以说，光子是没有实体的，所有玻色子都具有这样的特性，无数个玻色子可以同时占据同一个空间位置。
当然，在这种极小的尺度下，空间和时间的概念本身，就已经变得有些不准确了。
如果你想了解更多细节，可以去查阅“泡利不相容原理”的相关资料。
所以，如果你将大量光子精准地瞄准同一个点，让它们在同一时间抵达该位置，并在这个点上聚集足够的能量，使其达到形成黑洞的临界值，一个黑洞就诞生了。
通常来说，我们会使用伽马射线来完成这个过程，因为伽马射线的波长极短，而当你想要瞄准一个比原子核还小的点时，短波长是至关重要的。
要实现这个过程，需要极高的精准度，以及巨大的初始能量供应，不过我们可以通过让光线在反射镜等装置中不断反射，来逐步积累能量。
如果精准度足够高，我们还能控制黑洞形成的初始条件，为它赋予我们想要的自旋状态（或让它完全不自旋），也能为它设定初始的运动速度和方向。
顺带一提，用这种方式制造的黑洞，其实并不能被称为能量源，它更像是一个电池，因为我们需要向其中注入大量能量，才能将其制造出来，这相当于一次大规模的能量储存。
幸运的是，太阳释放的总能量，大约是抵达地球的太阳能的十亿倍，如果你能利用太阳释放的全部能量，来制造我们之前提到的那种一百兆吨质量、山丘大小的黑洞——根据质能方程e=c??，这个黑洞蕴含的能量接近10的28次方焦耳，那么你每分钟都能制造出一个新的黑洞。
在这个场景下，黑洞虽然是一种电池，但由于我们能控制它的初始运动速度，而且黑洞本身就能产生巨大的推力。
这些黑洞电池，对于为远离太阳的设备供电，或是制造小型紧凑的能量源来说，都是极其实用的。
相比之下，核聚变反应堆并不是电池，这也是为什么我在谈论未来的能量源时，总会提到核聚变。
但在作为宇宙飞船的电池或燃料方面，黑洞的性能远远超过核聚变，而且其维护难度也可能低得多。
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