黑洞吞噬的东西去哪了

⼈造⿊洞”将为我们带来什么

近年来，科学界对⿊洞的探索不断深⼊，也出现了⼈造⿊洞。那⼈造⿊洞会为我们带来什么呢?下⾯我们就来看看吧!

⼈造⿊洞”将为我们带来什么

能弯曲光线的“塑料⿊洞”、可吸收电磁波的“电磁⿊洞”、可吞噬声波的“声学⿊洞”等“⼈造⿊洞”应运⽽⽣。“⿊洞”由原来的

天⽂学概念，逐渐延伸到其他科技领域。围绕这些“⼈造⿊洞”展开的研究，将为我们揭开宇宙奥秘、解决现实难题带来巨⼤的

价值。

近⽇，南京⼤学刘辉教授和同事创造了⼀个“塑料⿊洞”。这个“⼈造⿊洞”对于研究真实⿊洞附近的⼴义相对论效应⼤有益

处。实际上，“⼈造⿊洞”研究是近年来⼗分热门的主题，“⼈造电磁⿊洞”、“⼈造声学⿊洞”等科研成果引起了⼴泛关注。那么各

种类型的“⼈造⿊洞”都是如何被创造出来的?它们与⾃然界⿊洞有哪些不同?研究它们能为我们的⽣活带来哪些变化?记者就此

采访了专家。

⿊洞并⾮全是天体⼈造⿊洞种类真不少

辽宁⽇报：⿊洞是宇宙空间内存在的⼀种超⾼质量天体，如何能够被⼈为制造?

刘国强：⿊洞分很多种，根据不同的分类⽅法，⿊洞可以被划分为超巨质量⿊洞、微型⿊洞、史⽡西⿊洞等等。⽽我们这

⾥说的“⼈造⿊洞”并不完全是⼀个天⽂学概念。

另⼀⽅⾯，从某种意义上讲，任何质量的物质只要能将它压缩到⼀个⾜够⼩的空间内，它就会成为⼀个⿊洞，就连声波也

是如此。⽽随着⼤型强⼦对撞机的发明，科学界相信，可以利⽤新式粒⼦加速器按照设计要求制造出⼀定质量的⿊洞。

辽宁⽇报：您能为我们介绍⼀下最近被报道的“⼈造塑料⿊洞”是如何被制造出来的吗?

刘国强：南京⼤学刘辉的研究⼩组利⽤塑料⽚，通过不同的折射率来模拟引⼒效应。折射率决定了物质能多⼤程度的弯曲

光线。该研究⼩组添加了量⼦点(⼀种具有半导体特性的⼩⽚材料，它在被照亮时会发荧光)来融化丙烯酸玻璃。然后把这种混

合物倾倒于旋转的⽯英薄⽚上，并缓慢地将其摊开。再将⼀个微观可见的聚苯⼄烯球放在中央作为锚，混合物材料距离聚苯⼄

烯球越近就越厚，距离越远就越稀薄。这样“塑料⿊洞”就产⽣了与⾃然界⿊洞周围的空间曲率相同的有效折射率，它能像真实

⿊洞⼀样围困光。

辽宁⽇报：之前，我国科学家还制造出了“⼈造电磁⿊洞”，您能为我们介绍⼀下它吗?

刘国强：提出“⼈造电磁⿊洞”理论假说的，是美国普渡⼤学两位科学家。他们设想出⼀个令光在理论层⾯上能在⼈⼯装置

中扭曲并进⼊中⼼的设计。

将理论付诸实践的，是东南⼤学毫⽶波国家重点实验室的两位科学家崔铁军和程强。他们以结构复杂的电路板做⽀撑单

元，⽤超材料设计出60层同轴环，从⼀个同⼼环到另⼀个同⼼圆，电路板特征的变化越来越⼤，外层的40个同⼼环组成装置

外壳，内部的20个同⼼环构成吸收器，⾸次实现了微波频率中的电磁场⿊洞实验。⼊射⾓度不同的微波都能被这个“⼈造⿊

洞”装置吸收掉。

不过，⽬前他们只在微波层⾯验证了美国普渡⼤学科学家提出的“光学⿊洞”理论假说。

辽宁⽇报：据说，还有⼀种“⼈造声学⿊洞”?

刘国强：是的。加拿⼤教授威廉-昂鲁曾提出“⼈造声学⿊洞”的设想，他认为声波在流体中的表现与光在⿊洞中的表现⾮常

相似，如果使流体的速度超过声速，那么就可以在该流体中建⽴⼀个“⼈造⿊洞”。“⼈造声学⿊洞”具体⽅式是“哄骗”⼀种材料

以超⾳速在介质中移动，在介质中穿⾏的声波⽆法跟上这种材料的速度，就像鱼⼉在快速流动的河流中游动⼀样。声⾳最终被

类似河流的事件视界捕获。

2009年，以⾊列物理学家杰夫-斯特恩豪尔将⼤约10万个带电铷原⼦冷却到只⽐绝对零度⾼出不到⼗亿分之⼗的温度，同

时借助磁场捕获这些原⼦。在⼀束激光的帮助下，研究⼈员随后创建⼀个电势阱以吸引铷原⼦同时促使它们在这种材料中以超

⾳速“Z”字形穿过电势阱。这⼀过程产⽣了⼀个持续8毫秒左右的超⾳速流，进⽽快速形成第⼀个能够捕获声⾳的声学⿊洞。

有⽆危险取决于质量⼤⼩⼈造⿊洞并⽆危险可⾔

辽宁⽇报：“塑料⿊洞”、“电磁⿊洞”、“声学⿊洞”等“⼈造⿊洞”，与⾃然界的⿊洞有什么不同之处?

刘国强：⾃然界的⿊洞多数是⼤质量恒星死亡时超新星爆发的产物，它是⼀个有⼀定范围的引⼒场，因它强⼤的引⼒

能“吞噬”靠近它的⼀切物体，就连光都⽆法从中逃脱。

“塑料⿊洞”也能像⾃然界的⿊洞⼀样围困光，⽆论是⼈造的还是⾃然的⿊洞，科学家都能够实时观察它的结构。与⾃然界

的⿊洞不同的是，它并不危险——它能帮助揭秘⾃然最怪异的天体之⼀，甚⾄可能对获得能量的设备，例如太阳能电池，具有

启⽰意义。

“电磁⿊洞”是基于新型⼈⼯电磁材料构造的，在微波频段，对电磁波的吸收率可达到99%以上。这⼀研究构建了吸收电磁

波的全新⽅法，同时⼜可以控制电磁波的吸收辐射。与⾃然界的⿊洞不同的是，这种模拟装置可以吸收微波频段的电磁波，在

未来，它还可以吸收光。但是除此之外，它并不能吸收任何实质的东西。

“声学⿊洞”能够将闯⼊它所在区域的声⾳“吞噬”掉，但它和⾃然界的⿊洞有着本质的不同，因为它不产⽣强⼤的引⼒场，

除了声⾳之外，对其他粒⼦不会产⽣什么影响，对于光，它更是⽆能为⼒。

辽宁⽇报：各种“⼈造⿊洞”，在什么样的前提下是危险的?

刘国强：我们刚才提到的这⼏种“⼈造⿊洞”，要么是模拟⾃然界光被⿊洞围困的状况，要么是吸收微波频段的电磁波，要

么是“吞噬”它所在区域的声⾳，其产⽣的影响及作⽤的范围是极其有限的。

实际上⿊洞质量的⼤⼩才决定着它们能量的强弱，进⽽决定危险与否。这⼏种“⼈造⿊洞”的质量，与⾃然界的超巨质量⿊

洞等⼤质量⿊洞，是⽆法相⽐的，⽽围绕它们的研究侧重点也不在质量上。⽽且有科学家认为，即便将来⼈们利⽤粒⼦碰撞产

⽣的“⼈造⿊洞”，也被认为是微型⿊洞，它们的质量太⼩，它的能量会很快消失。所有的⿊洞都要释放出宇宙射线，微型⿊洞

所释放的物质远远多于其吸收的物质，因此在它们吸收物质之前早已瞬间蒸发了。

⼈造⿊洞研究价值不⼩可揭宇宙奥秘、解能源危机

辽宁⽇报：“塑料⿊洞”和“电磁⿊洞”这类与吸收光有关的“⼈造⿊洞”，将可以被应⽤到哪些领域?

刘国强：“塑料⿊洞”可以⽤于研究真实⿊洞附近的⼴义相对论效应。围困光的能⼒将具有很多实际应⽤。它可以⽤于太阳

能电池，光⼦探测器、微型激光器和其他收获能量的设备。⽐如⽤于收集太阳能量，尤其是收集对于太阳反射镜过于漫射，难

以在太阳能电池上聚集的太阳光线。光学⼈造⿊洞则能够完全将这些光线吸收，并直接转化吸收在同轴环上的太阳能电池。

“⼈造电磁⿊洞”的创造者东南⼤学程强认为，“⼈造电磁⿊洞”也可以⽤于收集太阳能。⼀些物理爱好者认为它可以被装置

在航天器中的太阳帆上，或者⽤来吸收空⽓中游散的电磁波。

辽宁⽇报：我们最终想通过研究各种“⼈造⿊洞”得到什么?

刘国强：“⼈造⿊洞”能帮助科学家全⾯、准确地理解宇宙，在太阳能电池、光⼦探测器、微型激光器和其他收获能量的设

备、隐⾝设备等领域具有很⾼的应⽤价值。因此我觉得围绕各种“⼈造⿊洞”展开的研究，主要有两⽅⾯意义。

⾸先，是科学研究的意义。

现代物理学⼀直存在两个解释宇宙现象的体系：量⼦⼒学理论和⼴义相对论。科学家们认识到要想全⾯、准确地理解宇宙

必须找出量⼦⼒学和⼴义相对论在宇宙中的共同作⽤点。要解决这⼀问题就必须将⼤量物质压缩成⼀个极⼩的体积。然⽽，宇

宙为基础物理学提供了⼀个⾃然实验室——⿊洞。如果我们要想观察⿊洞和⿊洞辐射现象，就必须在实验室⾥制造⿊洞。“⼈

造⿊洞”可能会向我们提供进⼊量⼦世界的⼀个窗⼝。它可能帮助我们建⽴能综合观察微观量⼦世界的模糊理论，它还可能为

我们揭开引⼒如此微弱的原因。此外，唯有⿊洞才能回答宇宙是否漂浮在⼀个只有引⼒才能穿透的多维空间中。

其次，则是实际应⽤的意义。由于⿊洞蕴涵着巨⼤能量，收集这些能量为我们所⽤，正好可以解决⼈类的能源危机。我国

科学家指出，未来的“⼈造⿊洞”很有可能为太阳能产业带来新的发展机遇，可以利⽤未来的“⼈造⿊洞”吸纳和存储太阳能来解

决这个问题。英国科学家认为，由于“⼈造⿊洞”对电磁波的⾼效吸收性，可望在“隐⾝”等⽅⾯获得重要应⽤。

拓展

⿊洞的英⽂名称叫blackhole，是引⼒场很强的⼀种天体，就连光也不能逃脱出来。当恒星的半径⼩到⼀特定值(天⽂学上

叫“史⽡西半径”)时，就连垂直表⾯发射的光都被捕获了。到这时，恒星就变成了⿊洞。说它“⿊”，是指它就像宇宙中的⽆底

洞，任何物质⼀旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。由于⿊洞中的光⽆法逃逸，所以我们⽆法直接观测到⿊洞。然⽽，可以通过

测量它对周围天体的作⽤和影响来间接观测或推测到它的存在。

《科学》杂志近⽇宣布，世界上第⼀个“⼈造⿊洞”在中国东南⼤学实验室⾥诞⽣。不过，这个⼩型“⿊洞”不仅不会毁灭世

界，还能帮助⼈们更好地吸收太阳能，在未来可以⽤于发电。

不具危险性不吸收能量

制造出“⼈造⿊洞”的是中国东南⼤学的⼀个研究组，崔铁军教授和程强教授是其中最主要的两位研究者。“实际上，我们做

的⿊洞不是严格意义上的⿊洞。”在接受采访时，程强教授对记者说。

实验室⾥的“⼈⼯⿊洞”，⽬的当然不是为了将⼀个吞噬⼀切的“恶魔”装进⼝袋。据程强介绍，现在存在于东南⼤学毫⽶波

国家实验室的“⼈造⿊洞”，实际上是⼀个模拟装置，这种模拟装置⽬前可以吸收微波频段的电磁波，在未来，它还可以吸收

光。但是除此之外，它并不能吸收任何实质的东西。“它只吸收电磁波，不吸收能量。”程强说。

这是⼀个不具有危险性的“⿊洞”，不仅如此，这种装置还能在未来⽤于收集太阳能。在这⽅⾯，“⼈造⿊洞”将⽐世界上任

何⼀种太阳能电池板都更⾼效。

现在，崔铁军和程强正在继续研究把实验室⾥的装置变成样机，“实现⼯程化”。

和真正的⿊洞有⼤差别

“我觉得很惊奇，崔和程这么快就做出了‘⼈造⿊洞’!”看到这个研究成果后，纳瑞马诺维说。伊维根·纳瑞马诺维

(EvgeniiNarimanov)是美国印第安纳州西拉斐特市普渡⼤学的⼀名教授。今年年初，他和合作者亚历⼭⼤·基尔迪谢维

(AlexanderKildishev)⼀起，发表论⽂，提出了⼀种制造⼩型“⿊洞”的理论和设计⽅案。他们的想法是通过模拟⿊洞的⼀些性

质，使在“⼈造⿊洞”附近出现的放射性物质被吸引，然后螺旋式地进⼊“⿊洞”中⼼。

“我们的确是受到他的论⽂的启发，但研究本⾝是我们独⽴完成的。”程强说，他们也⼀直从事着这⽅⾯的研究，积累了很

多年的经验，实验过程中也⽤到了很多他们⾃⼰的独创性想法。

不过虽然名为“⿊洞”，但和真正存在于宇宙中的⿊洞还是有⼤差别的，这种差别并不仅仅体现在质量的⼤⼩上。两种“⿊

洞”的原理其实并不⼀样。宇宙间的⿊洞之所以能吞噬⼀切，是因为它质量巨⼤，⽽实验室⾥的“⿊洞”，实际上是根据光波在被

吸进宇宙⿊洞时的性质，模拟出来的仪器，可以令光波接近时产⽣相似的扭曲，并被吸引。

超强吸波未来可⽤于发电

这样的“⼈造⿊洞”，在未来可以⽤于发电。“当电磁波遇到这台仪器，就会⽴刻被捕获，并且⽴刻被引⼊到仪器⾥，⼀直被

吸进⿊洞中⼼。没有电磁波可以逃离这个⿊洞。”崔铁军向《科学美国⼈》杂志描述“⼈造⿊洞”时说。在他们的仪器中，被吸⼊

的电磁波在中⼼位置转化为热能。

根据《科学》杂志介绍，“⼈⼯⿊洞”是⼀个直径22厘⽶的装置。它有60个同轴环，外层由40个同⼼环组成。通过特别设

计，研究组令同⼼环的从外到内的介电常数发⽣连续变化，⽽不同的介电常数，则能让电磁波的⽅向发⽣相应改变。

程强把这台仪器描述成“⼀个超强吸波装置”。只要它所在的地⽅有电磁存在，那些电磁波或光波就会源源不断地被它收⼊

囊中，不受任何其他外界条件的限制。

⽤于获取能源，这样⼀个超强吸波装置仿佛正在打开⼀座看不见却内容丰厚的“宝藏”，⽤它来吸收太阳能，不仅可以在任

何天⽓⾥正常⼯作，甚⾄将之放⼊⿊暗的宇宙⾥，它也能收集到同样多的电磁波或光波，并将之转化为热能。