黑洞：宇宙中的怪物。 黑洞是在大量恒星的炽烈坍塌中锻造而成的，通常可以想象它会撕裂整个行星，为午后提供小吃，或者静静地在银河系中心等着毫无怀疑的星团蜿蜒而过近。 黑洞可以将成千上万甚至数十亿颗恒星堆积成一个半径，该半径不大于外部太阳系的半径，或者一个单颗恒星堆积成太阳的质量小于Mt的体积。 珠穆朗玛峰。 这种巨大的密度不仅足以扭曲空间，而且足以扭曲时间，比起那些没有时间膨胀的同龄人，在黑洞的引力附近留下偶像的访客要早几个月或几年。 黑洞之所以得名，是因为它们的引力是如此之大，以至于即使是宇宙中最快的事物，光也无法逃离阴影事件的视界。
但是黑洞并不完全是黑色的。 1974年，理论物理学家史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）提出，黑洞实际上可能通过后来被称为霍金辐射的过程在其事件视界上方产生辐射能量（即光）。 霍金知道在整个空间中，粒子-反粒子对都是从时空的固有能量中爆发出来的，但是由于它们的相反电荷而立即被吸引回去。 这些新形成的粒子和反粒子迅速相互消灭，重新形成产生它们的能量。 但是，在黑洞事件视界附近的故事却有所不同。
首先，由于黑洞在时空本身上赋予的额外引力能量，在黑洞的事件视界附近，这种粒子-反粒子形成和破坏的速度得以加快。 其次，霍金意识到粒子对-反粒子对可能会形成在黑洞事件视界的正上方，但是两个粒子的传播方向略有不同。 如果这对中的一个被吸入黑洞，而另一个未被吸入，则杂散的粒子（或反粒子）将在黑洞周围蜿蜒而未结合。 因为未结合的粒子或反粒子的形成速率在统计上将是相同的，所以与黑洞事件视界附近的反粒子存在一样，杂散粒子的数量也将相同。 这些粒子和反粒子随后将相互吸引，碰撞并爆炸成一股纯能量，这些能量从黑洞辐射出来的速度快于黑洞捕获的速度。 由于此辐射是由黑洞自身的重力能量产生的粒子产生的，因此黑洞会损失该能量，从而（通过E =mc²）也会失去质量。
该理论在物理学界引起了极大的反响，因为它暗示最终，整个宇宙的质量将落入黑洞，并以能量的形式辐射出去，从而使宇宙成为无质量的辐射汤。 当物理学界在思考这个新提出的宇宙热死时，工程和科幻小说界却在想如何将这种现象一天使用。 任何发出辐射的东西都可以用作电源。 也许不断消失的黑洞有一天可以为人类提供无限的力量吗？ 事实证明，蒸发的黑洞根本不会发出太多能量。 一个不断蒸发的黑洞，太阳的质量将花费当前宇宙年龄的两倍半兆，以提供足够的能量来点亮100 W的灯泡1秒钟。 更大的黑洞发射的霍金辐射甚至比这少。
但是，相对较小的黑洞呢？ 尽管它们不是自然形成的，但霍金的公式确实表明，如果可以制造出较小的黑洞，则产生的能量将比较大的黑洞成倍增加。 由于物理定律不禁止存在此类黑洞，因此有一天有可能人为地制造出一个黑洞，该黑洞可以作为我们比赛的动力来源。 利用这样一个“微黑洞”的能量输出并将其转换为可用功率可能很困难，但是使用排放代替飞船的推力可以在广阔的宇宙中提供有效而可靠的门票。 蒸发的黑洞作为推进手段的使用被另外称为黑洞飞船。
黑洞飞船将围绕三个主要部分进行设计； 微型黑洞，反射器和有效载荷，例如星际探测器或乘员模块。 反射器将放置在距微黑洞微调的距离处，其中霍金辐射压力向外的力正好等于黑洞质量向内的引力。 这种设置将限制反射器和黑洞相对于彼此移动。 但是，由于黑洞的排放物现在全部沿一个方向引导，因此系统上会产生反作用力，并产生加速度。 这样，尽管从未相互碰过，但船和微黑洞被一起向前推过太空。
黑洞星际飞船的大小受有关黑洞质量的几个因素的限制。 如前所述，较小的质量黑洞产生更大的功率，从而产生更大的推力。 然而，这是以黑洞寿命较短为代价的，它以太短的时间尺度辐射掉了它的所有质量，这些时间尺度太短而无法用于星际旅行。 较小质量的黑洞在其事件范围内也更热，这为寻找反射器的材料提供了技术问题，该材料可以承受热量而不熔化。 此外，用反射器平衡黑洞的重力和辐射压力需要反射器具有足够的质量，以在重力作用下与船一起实际“拖动”黑洞。 最终，随着黑洞的扩散，它会变得更快更热，更强大。 最好使用寿命大大超过其任务时标的黑洞。
为了进行思想实验，让我们使用黑洞飞船向4.21光年远的Proxima Centauri发射1000人的机组人员。 为航天器分配1 *10⁸kg（约占帝国大厦质量的1/3，可容纳13,500人），并假设某些具有超高反射率和耐高温性的未来材料（我们人工制造了黑色毕竟，我发现一个3.8 *10⁸kg的微型黑洞是星际旅行最有效的解决方案。 以相当于500万个典型核反应堆功率的光度燃烧，微型黑洞将在仅仅146年内扩大其质量。 然而，这并不是在机组人员出发旅程70年后才在下半身Proxima Centauri下船之前实现的，在中途标记时，最大速度达到光速的12％。
70年仍然是很长的时间，而0.12 * c的速度不足以使乘员经历显着的时间扩张效果。 这意味着该船将需要配备以暂停船员的动画，或为其多代亲属制作。 但是，有一些潜在的解决方案可以显着减少此行程时间。 可能最有前途和优雅的解决方案是使用Bussard电磁收集器从星际空间收集物质，并在到达目的地的途中将其添加到黑洞中。 这将允许使用较小的，更强大的黑洞，该黑洞在到达之前不会烧毁其质量。 例如，使用质量为2 * 10-4 kg的黑洞的船只只需收集并每秒向黑洞中添加约100克（约等于香蕉的质量），即可保持稳定的功率输出。 这样一来，仅用29年的时间就可以航行至半人马座Proxima，达到接近光速29％的峰值速度。
进一步增加黑洞星舰可用功率的另一种可能性是使用Kerr-Newman黑洞。 与传统的黑洞不同，Kerr-Newman黑洞正在旋转并带电。 由于旋转和/或带电的质量中包含额外的能量，因此Kerr-Newman黑洞将比普通黑洞拥有更多的能量，从而为黑洞星舰提供更多的能量。
总的来说，我发现设计黑洞飞船的两个最大限制是：
- 实际上创建了一个人造的微黑洞，并且
- 创建足够反射的材料或涂层以保持反射器（以及船）保持凉爽。
如果甚至可以克服第一个约束，那么第二个约束将被证明是一项艰巨的任务。 在先前的案例研究中，黑洞的表面温度约为3 * 10 1开氏度。 使用当今市场上反射性最强的材料，我们的反射器将需要跨越20公里的直径，才能与黑洞保持足够的距离，以在高温下保持固态，这将极大地增加我们的太空飞船的天文质量增加旅行时间。 为了使反射器具有适当的质量（即小于船的质量），它需要反射从黑洞发出的所有辐射波长的99.999996％。 到我们拥有创建和处理大量黑洞的技术时，希望这个问题也能克服。
空间是一个巨大的地方，但未来会更大。 作为一个物种，我们刚刚开始迈出第一步，迈向宇宙。 我们在最终领域的第一项努力。 宇宙吸引了我们的探索，但似乎永远也遥不可及。 我们不能永远留在这里。 有一天，人类将在星空中行走，就像今天您在地球上行走一样。 还没有人知道我们将如何到达那里，但是如果数百年的科学技术教会了我们任何东西，那就是保持开放的胸怀并期待意料之外的事情。 是的，太空是一个巨大的地方，但是这不会阻止我们的种族向上跳跃并以任何必要的方式探索恒星； 即使这些手段是宇宙中最强大，最神秘的物体。
