[圖文]中國造世界第一個「人造黑洞」
它有著「黑洞」之名,雖然尺寸「迷你」,但任何經過的電磁波或光,都不可能逃離它的引力。10月15 日,《科學》雜誌宣佈,世界上第一個「人造黑洞」在中國東南大學實驗室裡誕生。不過,這個小型「黑洞」不僅不會毀滅世界,還能幫助人們更好地吸收太陽能。
在宇宙中,黑洞吞噬萬物,甚至包括光。人們樂意議論這種天體,因為它神秘、「性情」怪異:它身處宇宙最幽暗的地方,沒有人能直接觀測到它,而靠近它的任何物質,都會被無情地拖曳到它的深淵裡,小行星、星塵、光波、時間,無一例外。
人們對黑洞這種天體感到好奇,但絕不會希望有任何一個黑洞接近自己,或我們的星球。然而現在卻有一些科學家在自己的實驗室裡造出了「黑洞」,一個「迷你」黑洞。10 月15 日的《科學》雜誌在介紹這種「人造黑洞」時建議,人們可以把這種「黑洞」裝進自己的大衣口袋裡。
製造出「人造黑洞」的是中國東南大學的一個研究組,崔鐵軍教授和程強教授是其中最主要的兩位研究者。「實際上,我們做的黑洞不是嚴格意義上的黑洞。」在接受《外灘畫報》採訪時,程強教授對記者說。
實驗室裡的「人工黑洞」,目的當然不是為了將一個吞噬一切的「惡魔」裝進口袋。據程強介紹,現在存在於東南大學毫米波國家實驗室的「人造黑洞」,實際上是一個模擬裝置,這種模擬裝置目前可以吸收微波頻段的電磁波,在未來,它還可以吸收光。但是除此之外,它並不能吸收任何實質的東西。「它只吸收電磁波,不吸收能量。」程強對記者說。
這是一個不具有危險性的「黑洞」,不僅如此,這種裝置還能在未來用於收集太陽能。在這方面,「人造黑洞」將比世界上任何一種太陽能電池板都更高效。一些物理愛好者甚至為這種全新的裝置設計了一些新功能,比如將它裝置在航天器中的太陽帆上,或者用來吸收空氣中遊散的電磁波——因為手機和無線網絡的普及,這種看不見的電磁波據說侵害了我們的健康,成為一種新的污染。
不過,製造「黑洞」的研究者卻從來不想那麼多,現在崔鐵軍和程強正在繼續的,是如何把實驗室裡的裝置變成樣機,「實現工程化」。面對關於「人造黑洞」的各式各樣的議論,程強認為, 「成果公佈以後,被許多國際媒體轉載和評論,確實也大大出乎我們意料。從我們個人角度而言,只覺得這是一個比較有意義的工作。
實驗室裡的「黑洞」
「我覺得很驚奇,崔和程這麼快就做出了『人造黑洞』!」看到這個研究成果後,納瑞馬諾維說。
伊維根·納瑞馬諾維(EvgeniiNarimanov) 是美國印第安納州西拉斐特市普渡大學的一名教授。今年年初,他和合作者亞歷山大·基爾迪謝維(Alexander Kildishev) 一起,發表論文,提出了一種製造小型「黑洞」的理論和設計方案。他們的想法是通過模擬黑洞的一些性質,使在「人造黑洞」附近出現的放射性物質被吸引,然後螺旋式地進入「黑洞」中心。
「我們的確是受到他的論文的啟發,但研究本身是我們獨立完成的。」程強對記者說。之所以能這麼快將之變成現實,是因為他們所在的實驗室也一直從事著這方面的研究,在理論和實驗兩方面都積累了很多年的經驗,實驗過程中也用到了很多他們自己的獨創性想法。
不過雖然名為「黑洞」,他們受納瑞馬諾維啟發而造的「黑洞」,和真正存在於宇宙中的黑洞還是有大差別的,這種差別並不僅僅體現在質量的大小上。兩種「黑洞」的原理其實並不一樣。宇宙間的黑洞之所以能吞噬一切,是因為它質量巨大,而實驗室裡的「黑洞」,實際上是根據光波在被吸進宇宙黑洞時的性質,模擬出來的儀器,可以令光波接近時產生相似的扭曲,並被吸引。
也就是說,兩種「黑洞」可以讓附近的光波出現相似的「結局」,但是光波遇到的卻並不是同一回事。
不過目前東南大學實驗室裡的「黑洞」,還只是適用於某些微波頻率,比如人們常用的通信頻率, 如GSM、CDMA 和藍牙等,吸引光波還有待進一步研究,因為光波的頻率更短,需要設計的「人造黑洞」尺寸也要更小些。
超強吸波裝置
這樣的「人造黑洞」,在未來可以用於發電。
「當電磁波遇到這台儀器,就會立刻被捕獲,並且立刻被引入到儀器裡,一直被吸進黑洞中心。沒有電磁波可以逃離這個黑洞。」崔鐵軍向《科學美國人》雜誌描述「人造黑洞」時說。在他們的儀器中,被吸入的電磁波在中心位置轉化為熱能。
根據《科學》雜誌介紹,「人工黑洞」是一個直徑22 厘米的裝置。它有60 個同軸環,外層由40 個同心環組成。通過特別設計,研究組令同心環的從外到內的介電常數發生連續變化,而不同的介電常數,則能讓電磁波的方向發生相應改變。
程強把這台儀器描述成「一個超強吸波裝置」。可以這樣聯想,一台「人造黑洞」彷彿一台吸力強大的「吸塵器」,只要它所在的地方有電磁存在,那些電磁波或光波就會源源不斷地被它收入囊中,不受任何其他外界條件的限制。
用於獲取能源,這樣一個超強吸波裝置彷彿正在打開一座看不見卻內容豐厚的「寶藏」,用它來吸收太陽能,不僅可以在任何天氣裡正常工作,甚至將之放入黑暗的宇宙裡,它也能收集到同樣多的電磁波或光波,並將之轉化為熱能。