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能源黑洞˙黑洞能源

2006/12/05 經濟部能源局 點閱人次: 319

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■撰文:程金保、商育滿

愛因斯坦曾說:「地球不給我的,我只好向星星去求。」

那些已經知道的和仍不知道的能源,都應該被給予公平檢視與反覆評估的機會,當今日面對能源用罄的挑戰時,除了鑽研被科學證實的再生能源之外,那些可以被哲學引導的未來能源更值得關注。

一直被認為是科學天才的愛因斯坦曾說:「地球不給我的,我只好向星星去求。」我們要將眼光放遠,心胸放大,人類會發現那些真正取之不盡、用之不竭的能源。而這類能源並非以化學的方式存在,而是透過物理的形式去轉換能量。

舉例來說,宇宙黑洞以及它的能量轉換模式,便是一個很好的思考方向,根據星島日報報導,美國科學家利用國家航空暨太空總署的仙陀螺X光觀測站,觀察橢圓星系中心的9個超重黑洞發現,其能源效益較任何人類能源高出數十倍。黑洞把吸進去的物質轉化成能量,運作原理與引擎相似。這些散布在外太空的超重黑洞,是宇宙中「最節省能源的引擎」, 若有汽車引擎能量達到黑洞運作標準,1加侖的汽油便足夠行駛約16億公里。

黑洞如何形成

黑洞的形成簡單說明如下:星體的原始形態是由氣體所組成,以大家熟悉的太陽為例,它的外部以氣體環繞,內部有燃燒的核反應,因為核反應所產生的對外壓力把氣體撐住,並與太陽重力抗衡,所以太陽是一顆很穩定的恆星。然而等星體內的燃料燒完了,輻射壓力便停止,這時的星體會因為無力頂住萬有引力而不斷往內塌縮,一直到所有東西都擠壓到一個點上為止,這個奇異點就會有無限大的重力場和密度,在一定範圍裡面,它的重力強度可以大到連光線也逃不出去。

這種連光線都逃不出去的範圍邊界稱為視界,無論任何物質或光線,都只能從視界外面進入裡面,但是無法從裡面跑出來。黑洞,就是在視界後面的神秘區域;更具體的舉例來說,若把地球上所有的物質都擠壓成一個黑洞,這個黑洞大約是一個銅板這麼大;想像一個實驗,把一大塊海綿用力揉成一小團,然後將手放開時,由中心所彈開的能量(蓄藏的能量)是很可觀的,當地球的全部質量集中在一個銅板大小的範圍內,這時的重力強度是何等的龐大,可釋放的能量又是何其之大,如果可以把這個能量轉換成可用的能源,那麼人類就不必為能源而戰了。

黑洞與未來能源

黑洞不是黑壓壓的一個大洞,根據「科學發展月刊」的報導,黑洞不但不黑而且還很亮 ,因為氣體環會互相摩擦,有摩擦就有熱,熱到一定程度就會發射X光,這種由重力位能轉化成的熱能,會把氣體(因為非常熱所以任何固體都會被汽化)熱化成電漿。如果裡頭有磁場,電漿可能被加速到接近光速,形成人們觀測到的高能噴流。另外,有些黑洞會旋轉,有旋轉就有旋轉能量,這些能量也可能被旋轉磁場抽出來轉換成噴流的能源,當物質掉進一個旋轉非常快的黑洞時,它會把這個物質總能量的42%釋放出來,這些快速變化的能量,讓黑洞變得非常光亮,這或許都是未來能源。

黑洞也不是只有1個,宇宙中存在著無數個黑洞,這些黑洞的質量為太陽的2~30億倍不等,黑洞的年齡都相當古老,而往黑洞方向墜落的物質散發出的能量,多數呈現高能量噴射的形式,讓物質以近乎光速的速度從黑洞向外移動。黑洞為了要促使高能量粒子向外噴射所製造出能量,遠高於讓可見光或X射線向外發射的能量。最初被吸引至黑洞的若干氣體在接近黑洞之前,可能因為能量活動而散逸,但最後大量的氣體會接近事件視界,並在視界附近做為噴射物質的能量來源,而且能源使用的效率也很高,因此人們希望瞭解高能量噴射物質,以及它們如何從黑洞事件視界附近氣體匯聚的磁盤向外發射等能量轉換原理。

在人類能源日益枯竭的今天,未來或許可能利用黑洞內所蘊藏的巨大能量轉換成能源,其原理或許超出現在可以想像的化學或物理模式,必須以一種哲學的邏輯加以探究,進而利用黑洞建造可使用數百萬年之久的發電站,甚或能源供應站,人類的永續生存也將因此邁入一個新紀元。

向未來能源邁進

一千年前人類很難想像飛機與行動電話這類的物品,但如今卻在生活中自自然然地存在著。人類在宇宙滄茫中是渺小的,更是偉大的,因為人類有腦力能源可以無窮盡的發揮運用,除了黑洞能源,還有細菌發電、聲能發電、岩漿發電等,都可以被想像與開發,身為能源教育工作者,實非單純的知識傳遞者,應該定位為啟發引導的角色更為合適,給所有的未來能源,一個公平審視與發展的機會。在恐慌能源即將耗盡之時,除了搶奪目前可以運用的能源之外、除了努力節約、除了發展規規矩矩的再生能源之外,能源教育工作者還有另一個方向可以耕耘。這些未來能源雖然目前仍在研究階段,但不要放棄相信的本能,才有創造無限未來能源的可能,這也是能源教育的終極目標與功能。(作者任職於師大工教系)


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