北京時間4月19日消息，據國外媒體報道，在2021年7月發表的一篇論文中，研究人員探索了一個先進文明如何在黑洞周圍建造戴森球以獲取巨大能量的可能性。那麼，黑洞與戴森球是如何聯繫起來的？用戴森球收集黑洞能量的可能性有多大？
什麼是戴森球？
讓我們先從戴森球開始。這是一種假想的人造結構，我們可以將它看作一個巨大的球形能量收集器，圍繞在恆星周圍，用來捕捉其全部的光線並獲取能量。美國理論物理學家弗里曼·戴森在20世紀60年代初最早提出了這個概念。不過，在虛構作品中，戴森球往往被描述為一個包圍恆星的人造空心球體，這其實是對其原意的曲解。戴森在回復有關他論文的心中曾說：“一個圍繞恆星的球殼或環從物理上來說是不可行的。我設想的‘球’的形式是由鬆散的太陽能收集器或獨立環繞恆星軌道的衛星雲構成。”
1964年，蘇聯天文學家尼古拉·卡爾達肖夫提出，可以根據一個文明所能夠利用的能源量級，來量度文明層次及技術先進程度。他將文明分成三個量級，其中Ⅱ型文明具有駕馭一顆恆星能量的能力，戴森球便是該級文明的標誌。我們現在知道，這樣的球體結構在現實中是不穩定的，它最終會撞向恆星。如今，天文學家轉而談論所謂的“戴森雲”，由大量繞恆星運行的密集能量收集結構組成。一個圍繞太陽的戴森雲可以收集大部分太陽能，產生的能量可以用萬億億瓦來衡量。
除了戴森雲，還有人提出了戴森球的另一種形式——戴森泡。與戴森雲類似，戴森泡也是由許多獨立結構組成，並且可以逐步地進行建造。但這個方案不採用環繞軌道的方式，而是通過巨大的、承受光壓的太陽帆來抵消恆星的引力。對母恆星而言，戴森泡的各個結構可能是完全靜止的，並且相互獨立。而且，由於光壓和恆星引力之比是恆定的，與距離無關，因此太陽帆可以自由調整與恆星的距離。理論上，如果造出並圍繞恆星部署了足夠數量的太陽帆衛星，就能組成一個非固定的戴森泡。
什麼是黑洞？
相比戴森球，黑洞的知名度就要高得多了。簡單來說，當足夠大的質量集中在一個足夠小的空間中時，黑洞就形成了。在適當的條件下，物質自身的引力會壓倒一切，導致其坍縮成所謂的“奇點”——所有質量都聚集在一個幾何點上（我們需要量子引力理論來真正理解奇點處發生了什麼）。黑洞便是由奇點和事件視界組成的，事件視界就是黑洞的表面，越過這一邊界就不可能“回頭”。換言之，任何跨越事件視界的東西都將永遠從我們的宇宙中消失。
戴森球vs黑洞
無論是戴森球，還是黑洞，都是天體物理學中非常迷人和古怪的概念。戴森球描述了圍繞恆星運轉的巨大機器，影響範圍甚至與太陽系不相上下，由超先進的文明建造以獲取能量。黑洞勾勒出了一個空間和時間都密集得不可思議的區域，這些區域被邊界所包圍，使黑洞內部與宇宙的其他部分分隔開來。你可能會問，如何從黑洞中獲得能量？畢竟，黑洞不是會吞噬掉所有落入事件視界的東西嗎，包括光？
答案其實很簡單。
雖然落入事件視界的物質和能量已經消失，但留在更遠地方的物質仍然可以輻射能量並逃逸。研究人員首先想到的是與正常恆星形成雙星系統的恆星質量黑洞。在這樣的系統中，黑洞會將物質從普通恆星中吸走，這些物質隨後形成一個旋轉的氣體盤，稱為吸積盤，圍繞黑洞旋轉，並最終穿過事件視界。吸積盤的物質粒子不斷摩擦，強烈發熱，會輻射出大量能量。當熱物質停留在事件視界之外時，會將能量以X射線的形式輻射到太空中（通過對這類X射線的觀測，可以間接發現黑洞並對其進行研究）。吸積盤還會產生高能的等離子體光束（或者稱為噴流），這些等離子體以接近光速的速度從吸積盤和黑洞中噴射出來。
在黑洞-恆星系統的周圍放置一個戴森球，無疑會涉及到一些非常極端的天文工程。當然，在任何恆星周圍建造戴森球都需要非常先進的技術能力——可能需要碾碎許多顆行星才能獲得所需的材料。在一個有黑洞的雙星系統周圍的極端環境中建造戴森球將更加困難，特別是如果想從吸積盤噴流中捕獲能量的話。
往大了想
想象一下，如果可以建立一個環繞黑洞的戴森球，那無疑將獲得比常規戴森球多得多的能量。根據研究人員的模型假設，相比常規戴森球，環繞黑洞的戴森球能夠收集多數百到數萬倍的能量。通過這種方式，一個黑洞戴森球就可以讓建造它的智慧生命走上成為Ⅲ型文明的道路，即成為一個有能力收集相當於整個星系能量的文明。
當然，所有這一切都只是純粹的推測。在人類之外，宇宙中可能甚至都沒有其他文明，無論先進與否。而且，即使有其他文明，建造戴森球所需的技術也可能是無法達到的。但天體物理學最有意思的一點就是能讓你想象哪些事情是可能的。如果必須要有夢想的話，我們不妨往大了想。