外星人能利用戴森球吸收黑洞的能量吗？

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？

答案其实很简单。

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。

往大了想

想象一下，如果可以建立一个环绕黑洞的戴森球，那无疑将获得比常规戴森球多得多的能量。根据研究人员的模型假设，相比常规戴森球，环绕黑洞的戴森球能够收集多数百到数万倍的能量。通过这种方式，一个黑洞戴森球就可以让建造它的智慧生命走上成为Ⅲ型文明的道路，即成为一个有能力收集相当于整个星系能量的文明。

当然，所有这一切都只是纯粹的推测。在人类之外，宇宙中可能甚至都没有其他文明，无论先进与否。而且，即使有其他文明，建造戴森球所需的技术也可能是无法达到的。但天体物理学最有意思的一点就是能让你想象哪些事情是可能的。如果必须要有梦想的话，我们不妨往大了想。