撰文 亚当·布朗（美国斯坦福大学的理论物理学家）
翻译 姜小柱(中国科技大学理论物理硕士研究生)
审校 曹利明(中国科技大学物理学院教授)
总有一天太阳会陨落，供其进行核聚变的燃料会耗尽，世界会变得阴冷。如果届时地球仍然健在，人类将会坠入永恒的严冬中。为了生存，我们的后代需要另谋出路——也许，他们首先会耗尽地球的能源，然后是太阳系的，最终，可见宇宙范围内所有星系中的所有恒星的能源都会被消耗殆尽。当没有任何剩余能源可用时，他们肯定会把目光投向最后的能量仓库：黑洞。我们的后代能从黑洞中获取能源，并延续我们的文明吗？
这篇文章中，我带来了一些坏消息。这样的计划是行不通的。原因要归咎于量子弦这种奇异实体的物理特性，以及科幻小说一直钟爱的太空电梯。
虚幻的希望
乍看之下，从黑洞中提取能量或者其他任何东西都是不可能的。毕竟，黑洞被一个“事件视界”包围着，这是一个有去无回的球面，球面内的引力场会变得无限大。任何误入这个球面的东西都注定会毁灭。因此，一台抡着大铁球，企图从视界上破开一个洞，从而把能量释放出来的吊车不仅不会成功，自己反而会被破坏，连带着不幸的驾驶员一起被黑洞吞没。投入黑洞的炸弹非但不能摧毁黑洞，反而会让它变得更大，增加的量就等于炸弹的质量。进入到黑洞中的任何东西都无法出来：陨石不能，火箭不能，甚至光也不能。
我们过去基本上就是这么认为的。但是，斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）在1974年发表的那篇让我最为震惊，也最为兴奋的物理学论文证明，我们过去的想法是错误的。在雅各布·贝肯斯坦（Jacob D. Bekenstein，目前就职于耶路撒冷希伯来大学）的早期思想的基础上，霍金证明黑洞会泄漏出少量辐射。如果你掉入黑洞的话还是会死，不过，尽管你本人永远无法逃出来，但你的能量可以出来。这对于未来的黑洞能源开发者是一个好消息：能量是可以逃出来的。
能量能够逃离出来的奥秘，隐藏在量子力学的神秘世界中。量子物理的一个标志性现象是，粒子可以穿过本不可能穿过的障碍。一个向着势垒（势能比周围高的区域，在经典物理范畴内，粒子的能量必须足够高才能从这个区域翻越过去）运动的粒子有时会出现在势垒的另一边。不要在家里尝试这种行为——将自己撞向一堵墙，你是不可能毫发无伤地出现在墙的另一边的。但是，微观粒子的隧穿效应就容易得多。
量子隧穿是α粒子（一个氦核）能够挣脱放射性铀核的原因，也是霍金辐射能从黑洞中泄露出的原因。粒子挣脱事件视界并不是直接突破了那近乎无限强的引力场，而是通过量子隧穿实现的。（当然，没有人见过黑洞辐射。但这是将量子力学应用到弯曲时空所得到的令人信服的数学结果，任何人都不会怀疑的。）
由于黑洞会发出辐射，我们也许就有希望获取它们的能量。但真正的困难在于细节方面。无论我们如何去尝试提取这些能量，都将困难重重。
一个简单的方法就是等待。经过足够长的时间后，黑洞会一个光子一个光子地将自己的能量释放回宇宙中，进入我们等待的双手里。每损失一点能量，黑洞都会减小一点，直到最后消失不见。从这个意义上来说，黑洞就像一杯美味可口的咖啡，你不能接触它的表面，否则就会被引力撕裂。但仍然有一种办法可以享受到这杯危险的咖啡，那就是等着它蒸发，然后吸入蒸发出的气体。
遗憾的是，虽然等待是一个简单的办法，但这个过程极其缓慢。黑洞非常黯淡，一个质量与太阳相等的黑洞，发出的辐射相当于温度低至60纳开尔文的黑体（也就是说，这个黑体的温度距离绝对零度只有0.00000006度）。20世纪80年代以前，我们还无法在实验室中将物体冷却到那样的低温。要使一个质量相当于太阳的黑洞完全蒸发掉，需要的时间无比漫长，是现今宇宙年龄的1057倍。一般来说，一个黑洞的寿命等于其质量的立方——m3。因此，我们浑身打颤的后代们必须要加快行事才行。
以上节选自《环球科学》2015年3月号封面故事《从黑洞提取能量》。
客座总编 欧高敦（Gordon Orr）：中国的创新清单将不断扩容
麦肯锡中国分公司创始人、麦肯锡亚洲董事长以及全球资深董事
麦肯锡全球资深董事欧高敦认为，我们不应该再争论中国企业是否在创新，而应该将视野提升一个层次，去看中国企业的创新将给中国及全球带来怎样的影响。
年度策划 《环球科学》2014年度创新榜
他们改变中国
本刊记者 刘洋
很多指标都显示中国走向创新的脚步正不断加快，这里记录的是那些正在崛起和正在创新的中国企业，我们希望能用这些故事激励那些正在为明天努力的中国人，毕竟创新者决定着这个国家的未来。
政府的创新角色
撰文 薛澜(清华大学公共管理学院院长、21 世纪发展研究院常务副院长)
在任何以创新驱动经济增长的国家里，政府从来都没有成为私营企业的掣肘，相反，它一直是私营企业最重要的合作伙伴。
封面故事 从黑洞提取能量
撰文 亚当·布朗（斯坦福大学理论物理学家）
当所有恒星都熄灭之时，会发出霍金辐射的黑洞反而会成为唯一的能源。而要获取黑洞能源，就得建造出能够抵达黑洞附近，收集能量的太空电梯。但黑洞强大的引力对电梯线缆的强度提出了极高的要求，即使是强度已达极限的弦——弦理论中构成一切物质的基本成分，恐怕也难以胜任。
环境 资源危机新解
撰文 迈克尔·E·韦伯（得克萨斯大学奥斯汀分校能源研究所副主任）
翻译 陶凌寅
减少食品浪费可以节省能源和水；室内农场可以使用城市废水种植农作物；在电站旁边养殖藻类可以将废水和碳排放转化成食品或生物燃料；沙漠地区的风力涡轮机可以把含盐地下水转化成淡水；智能供水系统可以节约水资源和能源——当我们把食品、水、能源这三大挑战作为一个整体，所谓的资源危机可能并没有那么严重，环境、贫困、人口增长和疾病问题也更容易解决。
神经科学 植入电极：从源头治疗抑郁症
撰文 安德烈斯·M·洛扎诺（加拿大多伦多大学外科教授）
海伦·S·迈贝格（埃默里大学精神病学、神经学和放射学教授）
翻译 徐新杰（北京大学神经科学研究所博士）
审校 韩济生（北京大学神经科学研究所、北京大学医学部神经生物学系教授，中国科学院院士）
全球抑郁症人数超过3.5亿，但不管是药物，还是认知行为疗法，效果都谈不上理想，甚至对10％~20%的患者基本无效。而一种名为“深部脑刺激”的方法——在病人颅骨上钻孔，植入电极，并施加电流，刺激大脑特定部位——不仅有望成为治疗抑郁症的强力武器，也可能让遭受厌食症、阿尔茨海默病等一系列精神疾病的患者受益。
核污染 福岛：核辐射实验场
撰文 史蒂文·费瑟斯通（科学作家、摄影师）
翻译 王孝娃（苏州大学医学部放射医学与防护学院硕士生）
审校 刘长安（中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所研究员）
核电站事故后，日本福岛成为了一个理想的实验场——科学家进入福岛禁区，捕捉家燕，通过研究这些鸟类所能承受的辐射剂量以及它们发生的基因变化，来探究低剂量核辐射对生物体和生态系统的影响，进而为制定更科学、更安全的辐射标准提供参考。
神经科学 冥想之力重塑大脑
撰文 马修·李卡德（佛教徒，曾为细胞遗传学家）
安托万·卢茨（法国国家健康与医疗研究所神经科学家）
理查德·J·戴维森（威斯康星大学麦迪逊分校神经科学家）
翻译 易小又
冥想这种行为，可以追溯到几千年前，那么冥想对人体到底有没有好处？最近的大脑成像研究似乎给出了肯定的答案：冥想能让人脑发生变化——某些脑区的体积会变大，也会产生心理上的益处：冥想者对刺激的反应变快了，而且不易受到各种形式的压力的影响。
技术先锋 科学之美，改变世界
本刊记者 刘洋 吴兰 罗凯
获得2014年中国青年女科学家奖的10位杰出女性既是这个时代的科技先锋，推动着中国科学的发展，也是中国女性的榜样，激励着更多青年女性投身科学。
自然新闻&评论
中国新《环保法》四大短板
撰文 张波（中国环境保护部信息中心研究员）
曹聪（英国诺丁汉大学中国政策研究所高级研究员）
中国于2015年1月1日实行新《环保法》，首次将经济社会与环境保护的协调发展纳入法律范畴，但这部新法的实施，更需强有力的体制保障、问责制度和执行机制。
9位科学家的新年计划
翻译 汪梅子
美国航空航天局首席科学家艾伦·R·斯托凡、英国首席医疗官萨莉·戴维斯、欧洲核子研究中心主任罗尔夫－迪特·豪伊尔、中国科学院院士谢毅等9位顶级科学家向我们分享了他们在空间探索、抗生素耐药性、粒子物理学、化学能源等领域的研究计划。
乌贼与细菌的奇妙共生
撰文 埃德·杨
翻译 管心宇
夏威夷短尾乌贼会利用体内共生的发光细菌隐藏自己。为了建立这种友好关系，乌贼甚至能改变基因表达，创造出只适合这一种细菌生存的环境。对这种奇妙共生关系的研究，有助于我们理解人类和体内更复杂的微生物群落之间的关系。
DIY传感器，监测身边的污染
撰文 凯特·奥斯汀
翻译 张哲
在新的环保运动浪潮中，世界各地的“创客”开发出了成本低廉，甚至可以根据网上教程自己制作的污染监测设备。在这些廉价传感器的帮助下，人们可以监测身边的污染状况，弥补政府和研究机构所采集的污染数据的不足。
生物炭：唤醒贫瘠土地
撰文 雷切尔·塞尔南斯基
翻译 马骁骁
一项在肯尼亚进行的研究显示，使用生物炭后，农田平均可增产32%。此外，生物炭还可治理污染、减少温室气体排放。这究竟是一种什么样的物质？
前沿
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天文学 天仓五：另一个“太阳系”？
生物学 线粒体起源新说
化学 罕见的“振动”化学键
工程学 斜拉桥兴起
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反重力思考 蚂蚁是城市“清道夫”
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图表科学 2100年，全球人口110 亿
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健康科学 医用大麻解禁
撰文 戴维·努南（David Noonan）
读来编往 2014“最美科学阅读”TOP10
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