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潘羅斯過程(Penrose process),也稱為潘羅斯機制(Penrose mechanism),是羅傑·潘羅斯推理出的一個過程,可以從轉動的黑洞提取能量。因為轉動的能量在黑洞的位置,不在事件視界內,而是在克爾時空被稱為動圈的區域,在那裡粒子必然如同推進的火車頭一樣,隨著時空一起轉動,因此提取能量是可能的。在動圈內的所有物體都受到轉動時空的拖曳,在這個過程中,一團物質進入黑洞的動圈,而一旦進入動圈,他就會被拆成兩團。這兩團的動量經過重整,所以其中一塊會逃逸到無窮遠,而另一塊穿越事件視界掉落入黑洞。逃逸的物質碎片可能攜帶了比原來進入的質量更多的質能,而進入黑洞的碎片攜帶的是負質能。摘要的說,這個過程使黑洞的角動量減少,並且減少相對應於能量的轉換,因為失去的動量勢必將由能量提取。

這個過程遵循黑洞力學的規律。這些規律是如果過程被反覆的執行,其結果是黑洞最終會失去它所有的角動量,成為非旋轉的史瓦西黑洞Demetrios Christodoulou計算出經由潘羅斯過程可以提取的能量上限。

動圈的細節编辑

動圈的外表面被描述為動圈表面,並且在表面的光可以逆向旋轉(相對於黑洞的旋轉),對一個外部的觀測者保持在一個固定的角座標。因為大質量粒子的運動速度一定低於光速,大質量粒子相對於固定的觀測者就必須在"無限"的旋轉。說明這種現象的一種方法是在一個平坦的麻布平面上旋轉一個叉子,當叉子旋轉時,麻布的平面隨之皺褶。也就是說,最內層的旋轉會向外傳播,造成更廣泛區域的變形。動圈的內界限是事件視界,事件視界是空間的邊界,超越過去的光線就無法逃逸了。

在動圈內,時間和角座標交換意味著(時間是角座標,角座標是時間)因為時間型只有單一的方向(記得粒子必須與黑洞有相同單一的旋轉方向)。因為這不可思議和不尋常的座標互換,在無限遠處的觀測者測量到的粒子能量會有正的能量和負的能量。

如果A粒子進入克爾黑洞的動圈,然後分裂成B粒子和C粒子,則結果(假設能量守恆依然有效,並且粒子中的一個可以有負能量)是B粒子可以可以從動圈逃逸出來並且獲得比A粒子更多的能量,而C粒子進入黑洞之內。也就是說E(A)=E(B)+E(C),並且E(C)<0而E(B)>E(A)。

在這種方式,旋轉的能量是從黑洞裡抽取出來的,結果是黑洞的轉速會降低。如果拆分正好發生在事件視界之外,並且C粒子的方向是達到與黑洞最大可能的逆轉方向,則能夠提取到最大的能量。

在相反的過程中,一個黑洞送出不分離的粒子可以增速(增加其旋轉速度),反過來將它們的角動量給了黑洞。

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參考資料编辑