我們能從黑洞中獲得能量嗎?

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謝邀。

天然產生的黑洞通常都是旋轉的。它們旋轉的能量可以通過彭羅斯過程（Penrose process - Wikipedia）之類的方法提取出來。如果人類文明或其他外星文明有幸生存到所有恆星都已經熄滅的黑洞紀元（宇宙中有哪些細思極恐之事？ - 知乎），黑洞就是唯一的能源了。

然而，黑洞的旋轉能量也會消耗殆盡。到時候，我們又到哪裡去尋找能量的源泉呢？你可能會想到：我們能夠指望的，只有黑洞的霍金輻射了。由於空間膨脹，宇宙微波背景輻射已經降低到非常接近於絕對零度了。這時，原本一毛不拔的黑洞反而成了暗夜裡的火炬。未來的人類需要在黑洞周圍修建戴森球，吸收所有霍金輻射的能量。

如果只考慮基本的生存需求，一個人大約需要消耗的功率是100瓦。我們先來看看這樣一個小小的火炬能夠養活多少人吧。黑洞霍金輻射的功率與黑洞的質量是成反比的，所以最小的黑洞反而會釋放出最大的能量。自然產生的黑洞質量下限是3倍太陽質量，這樣的黑洞通過霍金輻射輸出的功率為10^-29瓦。

看到這個小得可憐的數字，你也許會大失所望。別說養活一個人，這點能量連養活一隻病毒都不夠。所以，人類必須丟掉繼續以生物形態生存的幻想，選擇把意識傳輸到電腦中，生活在虛擬世界。

那麼，這個戴森球聚集能量的唯一目的就是運行這台超級電腦。這種特殊的巨型建築被稱為Matrioshka Brain(Matrioshka brain)。

不過，電腦消耗的能量也是不可忽略的。我們還是需要算一算，黑洞的能量能否驅動一個虛擬世界。假設這時候微波背景輻射的溫度已經降到了10^-10K，那麼根據蘭道爾定律（Landauer principle），設置一個二進位位的值需要消耗的能量是10^-33焦耳。這樣，在一個最大功率黑洞的驅動下，我們可以每秒鐘設置約10000個二進位位。

雖然速度不太可觀，但是這個電腦多少可以做一些事情了。不過可能你還是不滿意：這還是不足以運行虛擬世界啊。不要著急，在這個漫長的黑洞紀元，我們最不缺的就是時間。能量不夠就讓電腦跑慢點，反正虛擬世界中的人不會知道自己的世界正在以慢得不可救藥的速度運行。我無法估計一個每秒設置多少二進位位才能完美地模擬一個人類的思維，姑且保守估計為10億次吧。我們的超級電腦需要10萬秒才能完成10億次二進位位的設置。按照這個分析，我們讓虛擬世界的時間比現實世界慢10萬倍就行了。

現在，我們就在電腦中可以運行一個虛擬世界，裡面只有一個孤零零的大腦，在專註地思考「我是誰」，「這是什麼地方」，「我要幹什麼」之類深奧的哲學問題。

想必你肯定不願意去扮演這個大腦。一個合格的虛擬世界至少需要上百萬的人口和一個生活舒適的環境。這些條件無疑會把對能量的需求提高很多數量級。我們只好故技重施，再次減慢虛擬世界的時間。我估計減慢到真實時間流速的萬億分之一就應該綽綽有餘了。

在霍金輻射的作用下，一個3倍太陽質量的黑洞的壽命是10^68年。這是一個漫長得可怕的時間。我們的宇宙從誕生到現在才1.38 x 10^10年。而恆星紀元（恆星照耀宇宙的時代）的長度也只有4 x 10^13年。所以，黑洞紀元中的虛擬文明，從外面看十分黑暗，無助，但是這絲毫不影響裡面的虛擬人類過著豐富多彩沒羞沒臊的生活。而且它的長度卻超過以前所有時間的10^54倍。即使我們把虛擬世界的時間流速放慢了一萬億倍，這也是一段無比漫長的歲月。

然而沒有什麼是永恆的，連黑洞也不例外。當黑洞走到它生命的盡頭，就會在一片閃光中化為烏有，同時帶走圍著它取暖的虛擬人類世界。當人類賴以生存的每一個黑洞都煙消雲散，這應該就是宇宙中最長壽的文明的末日了。

Penrose過程和霍金輻射，前面幾位都說過了。

霍金輻射太弱了，弱得在天文上根本觀測不到。Penrose過程還有待研究，也許和射電觀測上的jet有關，讓大牛們去討論吧。我來補充一下其它的手段。

宇宙中最亮的源幾乎都和黑洞這樣的緻密天體脫不了關係，比如活動星系核（AGN），X射線雙星的爆發（outburst），潮汐撕裂事件（TDE）等等。它們正是利用黑洞的強大引力，「產生」能量。這個能量隨隨便便就10^（三四十）erg/s，大概也就1億億億個小目標吧。

一般物體掉入黑洞有三種軌跡，橢圓軌道、拋入軌道、雙曲軌道（逃逸軌道）。Penrose過程就可以看作一個粒子先假裝走拋入軌道，然後在Kerr黑洞的能層中發生了一次「物理反應」，產物中的某一個或多個高速的粒子，快到可以走逃逸軌道然後跑掉了，還順便「偷」走了黑洞轉動的能量。

（黑洞從伴星獲取氣體）

然而，我們這裡講的主要是橢圓軌道。當大量氣體沿著橢圓軌道運動時，形成一個吸積盤。在潮汐力的作用下，氣體的運動軌道一般會變成圓軌道。我們知道不同軌道半徑上物質運動的速度不同，吸積盤上不同半徑處的氣體速度不同並且相互摩擦，摩擦使溫度升高，進而產生更多的電磁波輻射（黑體輻射正比於溫度的四次方），過程中氣體會運動到更低的軌道，並獲得更多的能量，直到氣體離黑洞的距離比最內穩定圓軌道ISCO的半徑還小（對於史瓦西黑洞是3個引力半徑）。這個過程中1個質量為M的物質輻射的能量約為0.1Mc^2，輻射效率比氫蛋還高出一個多量級！

（圖中亮亮的就是吸積盤）

所以恆星級及更大質量的黑洞的正確使用方法是，先用那個什麼「戴森球」抓個黑洞，再往裡面按一定角速度扔東西，把黑洞當「爐子」用，比高達洞洞里的太陽爐好用多了（前文說了效率比核聚變高出一個量級）。如果是微型黑洞，霍金輻射的能量會佔主導，這樣的黑洞可以當作「打火機」直接使用，不知道CERN那有沒有生產。

利用黑洞吸積過程獲取能量，不僅沒有減少黑洞本身的能量，反而使黑洞獲得了質量，簡直是一個雙贏的舉措。

理論上當然可以，對於旋轉的Kerr黑洞，由於時空的某些特性（無窮遠類時矢量在能層內類空），使得能層內可以存在負能軌道。如果一個碎片飛到能層裡面，讓碎片在能層內分裂，一部分留在負能軌道中，另一部分飛出去，根據能量守恆，飛出去的碎片能量變大了，所以從黑洞中提取了能量。但隨著這個過程，黑洞角動量逐漸變小，能層也逐漸變小，最終黑洞變成極端黑洞，不再能提供能量。這一過程叫做penrose過程。經過一個不難的計算，我們會發現大約可以提取29%的黑洞能量。

經典物理里有樓上安宇森提到的Penrose process，具體的計算可以參考Sean Carroll黑洞那一章有專門一小節講這個。其實Penrose-type process不僅僅適用於克爾黑洞，還可用到帶電(Reissner-Norstrom)黑洞上, 就是往黑洞里發射相反電荷的粒子，最多能提取黑洞50%的電勢能，具體計算可見Carroll黑洞那章後面習題的某一題...通過散射從黑洞里提取能量叫做superradiance，做axion pheno的童鞋應該比較熟悉

考慮量子過程的話，首先有著名的霍金輻射。除了extremal RN黑洞外，所有黑洞都有一個非零的溫度，會往外自發輻射，是黑體輻射。另外帶電黑洞在它的電場里還有Schwinger pair production。這些過程都會導致黑洞失去能量。

戴森球是包在恆星外頭收集能量的，要是包在黑洞外頭。。。。。這個獲取輻射出來的能量也太小了，而且黑洞大小和溫度是成反比的，蒸發速度也和大小成反比。所以如果你想多收集能量，找個小黑洞，但是黑洞蒸發太快，一下子噗一聲就沒了，如果收集超大質量黑洞，那要等到宇宙毀滅天荒地老了。（衰~）

放個鏈接
https://physics.stackexchange.com/questions/20813/how-would-a-black-hole-power-plant-work
旋轉的Kerr黑洞大神已經提到過了，不過就算不旋轉的黑洞也有霍金輻射，可以當能源使用。

不過霍金輻射實在太弱（不然黑洞早亮瞎眼了），所以戴森球還是算了吧，不如蓋在恆星周圍。

由於小型黑洞通過霍金輻射蒸發的速度比大型黑洞更快，倒是有用百萬噸級的微型黑洞驅動宇宙飛船的腦洞，這麼一個黑洞大概在幾年內蒸發完畢，質量全部轉化為伽馬射線，如果能夠有效收集伽馬射線的能量的話這東西或許比反物質引擎優越。

利用彈弓效應能得到一些動能。

Penrose過程或者霍金輻射都可以。。。

就是不知道未來能不能直接利用引力波的能量，雙黑洞合併時候能瞬間釋放出幾個太陽質量的能量，能利用的話想想都刺激。

集中度較高且有序度較高的能量(如機械能、電能、化學能等)，當它們變為環境的內能後，就成為更加分散且無序度更大的能量，我們無法把這些分散的內能重新收集起來加以利用，這樣的轉化過程叫做能量耗散。從能源可利用的價值來看，能量耗散過程就是能量品質降低的過程所以答案是可以的，但是能量輻射較弱，不具備開採價值

turn-a高達、新鸚鵡螺號的縮退爐，由兩個與常溫中凍結的，相同半徑的沿雙星軌道運轉的微型黑洞重力場差產生的奇點釋放能量（利用引力強相互作用力或者某種架空的力使得物質簡併。但是又要讓其因為質量不足而蒸發成霍金輻射釋放出其吸入的事物。這個過程將有29%的質量轉換成能量。）

可以通過黑洞蒸發試試，只要發現一種方式能加大黑洞周圍真空中的粒子漲落，然後黑洞蒸發現象會更容易捕獲反粒子，正粒子沒有反粒子與之對撞泯滅，就會脫離出來，然後嘗試收集這些正粒子，質量可以轉換成能量，目前還沒有達到這種科技水平，不過既然能對黑洞起想法，這種程度的科技必然已經能達到了，有點異想天開，輕噴

只要是運動的物體，都會有能量。黑洞也是如此

不同意高票答案的說法！

天然產生的黑洞通常都是旋轉的——看到高票答案的這句話就完全無法再繼續讀下去了！

到底是黑洞在旋轉，還是物質能量在遇到黑洞時產生的繞旋？

比如水流氣流遇到障礙物的繞旋？！

先解答宇宙到底是什麼？再來回答黑洞是什麼吧！

如果連宇宙是什麼都不清楚不明白，怎麼可能理解黑洞呢？

這種問題，科學技術是無法給出答案的，只有哲學（形而上的思考）才能給出方向！

我也不知道宇宙是什麼，但就我的一點淺薄之見：

如果宇宙是理性的客觀，那麼，黑洞就是感性的主觀！

如果宇宙是生，那麼黑洞就是死！

地球人類既然是宇宙的一份子，那麼如果宇宙都死了，人類地球如何生？

如果用數學概念表述，宇宙就是有理數的集合，而黑洞就是無理數的概念！

另外，對於科學技術的發展歷程，本質上講就是人類對於光的認識利用的歷程！

而黑洞是不受光的！

所以，在對光的認識完全化之前，所有對於宇宙黑洞的猜想都是假想！都是耍流氓！

黑洞是靠研究、計算、推測出來的東西，究竟存不存在都是未知，好像權威人士瞎猜的也一定是真理一樣，何況這權威也是靠瞎猜得來的，一切不是看的到摸的到的都是憑自己主觀的瞎猜，靠別人的瞎猜為理論去推測下一步竟然也能稱為真理，捧著幾本靠自己瞎猜推測變成著名學家出的書當真理，說的再好聽的研究計算推論，如果不是真理那就是瞎猜不用美化的多好。不可否認科學家們就是在不斷實驗中不斷瞎猜而越來越接近或者得出真理，但是宇宙天文學這種只能靠看的就是瞎猜學，比的是誰瞎猜的看起來更像真的。

當然能，不是有個引力彈弓什麼的么

可以利用黑洞作為引擎驅動飛船~

由於黑洞質量越小釋放的功率越大，可以造一個(相對)小質量的黑洞放在一個能反射伽馬射線的板後面。黑洞的引力於它釋放的伽馬射線產生的力相平衡，就可以推動飛船向前飛行了。當然類似的能反射伽馬射線的材料還不存在，因此在造這類飛船之前可以先造利用普通恆星作為引擎的飛船~