彭罗斯过程

潘罗斯过程（英语：Penrose process），也称为潘罗斯机制（Penrose mechanism），是罗杰·潘罗斯推理出的一个过程，可以从转动的黑洞提取能量。因为转动的能量在黑洞的位置，不在事件视界内，而是在克尔时空被称为能层的区域，在那里粒子必然如同推进的火车头一样，随着时空一起转动，因此提取能量是可能的。在能层内的所有物体都受到转动时空的拖拽，在这个过程中，一团物质进入黑洞的能层，而一旦进入能层，他就会被拆成两团。这两团的动量经过重整，所以其中一块会逃逸到无穷远，而另一块穿越事件视界掉落入黑洞。逃逸的物质碎片可能携带了比原来进入的质量更多的质能，而进入黑洞的碎片携带的是负质能。摘要的说，这个过程使黑洞的角动量减少，并且减少相对应于能量的转换，因为失去的动量势必将由能量提取。

这个过程遵循黑洞力学的规律。这些规律是如果过程被反复的执行，其结果是黑洞最终会失去它所有的角动量，成为非旋转的史瓦西黑洞。Demetrios Christodoulou计算出经由潘罗斯过程可以提取的能量上限。

潘罗斯过程中物体的轨迹。

能层的细节

能层的外表面被描述为能层表面，并且在表面的光可以逆向旋转（相对于黑洞的旋转），对一个外部的观测者保持在一个固定的角坐标。因为大质量粒子的运动速度一定低于光速，大质量粒子相对于固定的观测者就必须在"无限"的旋转。说明这种现象的一种方法是在一个平坦的麻布平面上旋转一个叉子，当叉子旋转时，麻布的平面随之皱褶。也就是说，最内层的旋转会向外传播，造成更广泛区域的变形。能层的内界限是事件视界，事件视界是空间的边界，超越过去的光线就无法逃逸了。

在能层内，时间和角坐标交换意味着（时间是角坐标，角坐标是时间）因为时间型只有单一的方向（记得粒子必须与黑洞有相同单一的旋转方向）。因为这不可思议和不寻常的坐标互换，在无限远处的观测者测量到的粒子能量会有正的能量和负的能量。

如果Ａ粒子进入克尔黑洞的能层，然后分裂成Ｂ粒子和Ｃ粒子，则结果（假设能量守恒依然有效，并且粒子中的一个可以有负能量）是Ｂ粒子可以可以从能层逃逸出来并且获得比Ａ粒子更多的能量，而Ｃ粒子进入黑洞之内。也就是说E(A)=E(B)+E(C)，并且E(C)<0而E(B)>E(A)。

在这种方式，旋转的能量是从黑洞里抽取出来的，结果是黑洞的转速会降低。如果拆分正好发生在事件视界之外，并且Ｃ粒子的方向是达到与黑洞最大可能的逆转方向，则能够提取到最大的能量。

在相反的过程中，一个黑洞送出不分离的粒子可以增速（增加其旋转速度），反过来将它们的角动量给了黑洞。

相关条目

• 布兰德福–日纳杰过程

参考资料

• Misner, Thorne, and Wheeler, Gravitation, Freeman and Company, 1973.
• Energetics of the Kerr-Newman Black Hole by the Penrose Process; Manjiri Bhat, Sanjeev Dhurandhar & Naresh Dadhich; J. Astrophys. Astr. (1985) 6, 85 –100 - www.ias.ac.in （页面存档备份，存于互联网档案馆）