不过,也有一个好消息:目前已经研发出了一些熔点比钨更高的合金材料。而且,根据黑体辐射定律,物体的辐射功率与温度(以开尔文为单位)的四次方成正比。这意味著,如果我们能找到一种熔点是钨两倍的合金,那么在不熔化的情况下,这种合金材料每平方米能承受的辐射功率將是钨的16倍。但即便如此,要处理黑洞释放的全部能量,仍然需要几平方千米大小的吸收壳。
显然,黑洞飞船的体积会非常庞大,其质量可能是现有大型轮船的数十万倍,甚至数百万倍,因此,要容纳如此巨大的吸收壳並非不可能,尤其是考虑到吸收壳本身不需要做得太厚。
然而,这又引发了另一个问题:如何將黑洞与飞船固定在一起黑洞释放的辐射是全向的,这意味著黑洞自身並不会產生任何推进力(不会向某个方向加速),如果不採取固定措施,飞船很可能会径直飞离,而將黑洞留在原地。
你可能会想,能不能用绳索將黑洞系在飞船上答案是否定的。因为黑洞的体积比原子还要小,任何与之接触的物体都会被它彻底撕碎(即便物体没有在接触前熔化)。
不过,我们可以考虑其他几种固定方法。例如,给黑洞赋予一定的电荷,然后利用电磁力將其与同样带电的吸收壳绑定在一起。之后,再通过一些支架將吸收壳与拋物面反射镜(以及飞船的其他部分)常规连接起来。这种方法是否可行,目前尚无定论,但为了证明“將黑洞与飞船固定”在理论上是可能的,有一种从概念上讲最简单的方法:利用黑洞自身的引力来固定吸收壳,同时利用黑洞辐射產生的压力来平衡引力(防止吸收壳被黑洞吞噬)。
这种方法通常被称为“引力牵引器”,其原理与我们过去討论过的“恆星引擎”或“戴森球”的某些概念类似:某个物体位於辐射源(此处为黑洞)的上方,一方面受到辐射產生的排斥力(向外推),另一方面又受到辐射源的引力(向內拉),最终在两种力的作用下达到平衡。
不过,用这种方法来固定小型黑洞存在一个问题:小型黑洞的引力其实並不强,但它释放的能量(辐射压力)却极大。因此,要想让吸收壳足够靠近黑洞,以受到黑洞引力的束缚,就意味著吸收壳需要承受极强的辐射——强到足以熔化任何已知材料。即便忽略熔化的问题,辐射压力对吸收壳產生的向外推力,也会远远超过黑洞对吸收壳的向內引力(超过1g的加速度),从而將吸收壳推离黑洞。
而对於那些质量更大、寿命更长、能量输出更低的黑洞来说,情况则恰好相反:它们的辐射压力会大幅降低,而引力则会显著增强。因此,你可以利用引力將这些大型黑洞与飞船绑定,作为飞船的推进器。不过,除了用於星系间旅行之外,这种大型黑洞推进器的实用价值並不大,因为用它来加速飞船需要耗费极其漫长的时间。我之所以提到这种方法,只是为了简单易懂地解释如何將黑洞与运动的物体(飞船)绑定在一起,以及这种绑定方式在理论上是可行的。
理想情况下,如果未来能够研发出可以反射伽马射线的技术(目前已经有一些相关的技术思路,並且这些技术正在不断改进),並且能够向黑洞中注入物质(为黑洞补充燃料),那么我们就可以通过粒子束,从飞船后方將物质注入黑洞——这样一来,不仅能为黑洞补充燃料,还能为黑洞提供向前的动量(进而推动飞船前进)。同时,能够反射伽马射线的材料,还能帮助我们减小吸收壳的体积,甚至可以完全捨弃吸收壳,只使用拋物面反射镜来反射伽马射线,从而產生推进力。
能够反射伽马射线的材料,很可能是让黑洞飞船技术真正具备可行性的关键。当然,即便没有这种材料,我们或许也能实现黑洞飞船的概念,但如果能製造出一种像普通镜子反射可见光那样,能高效反射伽马射线的材料,那么黑洞飞船技术的复杂程度和体积重量將会大幅降低。
此外,如果你还能將沿途收集到的氢原子通过粒子束注入黑洞,为黑洞补充燃料,並通过这种方式让黑洞保持在飞船的固定位置,那么飞船的运行將会更加容易。在这种配置下,飞船能够在合理的时间內加速到接近光速,並且可以在星际空间中无限期航行(只要有星际物质作为黑洞的燃料)。
不过,即便不考虑光速的限制,这种飞船的最大速度也並非无限。因为最终,飞船会达到这样一个速度:吸收星际物质时,这些物质对飞船產生的减速效应,与黑洞通过消耗这些物质產生能量所带来的加速效应恰好抵消,此时飞船便会达到最大速度。但即便如此,这个最大速度也会非常高。
如果无法实现上述两种技术(反射伽马射线和为黑洞补充燃料),那么你就只能使用质量更大的黑洞。不过,质量更大的黑洞虽然能让飞船实现1g的加速度,但要达到这一加速度所需的时间会非常长。即便你真的使用了这样的大型黑洞,你也很可能不会建造加速度远超1g的飞船——因为过高的加速度会让船员感到极度不適。
因此,如果你拥有一个质量小、能量高,且能够补充燃料、有效约束的黑洞,那么你很可能会建造一艘体积更大的飞船。在之前的表格中,为了便於理解,我假设飞船及货物(不含黑洞)的质量与黑洞的质量相等。但实际情况可能並非如此:例如,如果一个黑洞自身產生的加速度(仅考虑黑洞质量)能达到10g,那么你可以建造一艘总质量(含黑洞)为黑洞质量10倍的飞船,这样一来,飞船的加速度就能降至1g(人体可承受的范围)。
在这种配置下,飞船的规模可能堪比一座摩天大楼,而黑洞则被安置在“大楼”的底部(类似地下室的位置)。与那些需要通过旋转產生人工重力的飞船不同,这种依靠黑洞推进的飞船,只需通过1g的恆定加速度,就能为船员提供与地球重力相当的人工重力——这无疑是最理想的飞船设计方案之一,尤其对於载人星际旅行而言。
然而,如果无法为黑洞补充燃料,也无法反射伽马射线,那么上述理想的飞船设计就无法实现。坦率地说,我认为,如果至少其中一项关键技术无法突破,那么黑洞动力飞船在现实中就不可能具备可行性。