解读恒星的死亡之旅，大质量恒星是如何走向体积无限小的奇点的？

发布者：塞上老君 2023-8-4 04:44

万有引力，伟大的物理学家牛顿在三百多年前就提出来了。你我之所以能安稳地站在地球上，就是因为万有引力的存在，否则你我早就不知道飞向哪里了。

但是，你有没有深入思考过这样的问题：引力与质量成正比，地球质量很大，引力自然也很大，那么地球为什么没有把自己压扁呢？地球物质为什么没有在引力的作用下一直坍缩到核心呢？

你可能会认为这个问题很无聊，但是对于科学家们来讲，没有任何问题是无聊的，很多时候，他们就是在一些看似无聊的问题中发现了宇宙奥秘。

那么，地球为什么没有一直坍缩到核心呢？因为地球质量还不够大，引力不够大。让我们先从我们的太阳说起。

太阳的质量在太阳系拥有绝对的统治力，占了整个太阳系质量的99.86%，质量达到地球质量的33万倍。

如此大的质量，太阳为什么没有坍缩到核心呢？当然你也可以说质量也不够大，不过主要原因还在于两种力量达到了近乎完美的平衡，这两种力量分别是：核聚变产生的外推力，还有太阳自身的引力。

引力试图把太阳物质拉拽到核心，而核聚变产生的力量不断把太阳物质向外推，在彼此较量的过程中，这两种力量达成“妥协”，保持了非常微妙的平衡。

正是在这种平衡状态下，太阳才可以一直燃烧数十亿年之久。

但是，随着太阳氢燃料的不断减少，这种微妙的平衡也会被慢慢打破。如今太阳每秒消耗大约400万吨氢，这个质量看起来很大，但与太阳质量相比，仍旧是九牛一毛。不过时间会改变一切，最终氢燃料也会耗尽。

科学家们估算结果表明，我们的太阳在大约50亿年之后，就会因为氢燃料耗尽而走向死亡。不过，太阳的死亡过程并不是瞬间完成的，而是一个相当漫长的过程。

在氢燃料不断减少的过程中，万有引力在与核聚变对抗的过程中会逐渐占据上风。氢燃料耗尽之后，氦还会继续聚变下去，接着是碳，氧。不过太阳核心的核聚变并不能一直聚变下去，因为太阳质量相对来说还比较小，聚变到氧就戛然而止了。

在这个过程中，太阳首先会逐渐膨胀为红巨星，体积急剧膨胀，能达到如今太阳的1000倍以上，直接膨胀到水星和金星轨道把两者完全吞噬。

漫长时间之后，红巨星的强度会逐渐下降，最终只剩下致密的内核，演变为一颗白矮星。太阳演变成的白矮星大小只相当于地球大小，仍旧会发出微弱的光芒。

白矮星密度很大，每立方米能达到100万吨左右。如此大的密度，为什么白矮星没有继续向内坍缩呢？

因为质量还不够大，还没有达到“钱德拉塞卡极限”。我们的太阳相对来讲属于质量较小的恒星。如果恒星质量达到1.4倍太阳质量或者以上，引力如此之大，即便是原子外层的电子也会在引力作用下被压缩到原子核上，这其实就是“电子简并”。

而由于泡利不相容原理，两个微观粒子不能位于相同的量子态，所以电子之间会产生强大的斥力，被称为“电子简并压”，用于对抗恒星强大的引力。

不过一旦恒星质量达到1.4倍太阳质量，电子简并压也对抗不了引力，电子就会被硬生生地压缩到原子核上，与质子结合，形成中子，这也是中子星的由来。而1.4倍太阳质量就是钱德拉塞卡极限。

中子星密度更是高得惊人，每立方厘米就可以达到上亿吨！

如果恒星质量变得更大，来到太阳质量的3倍以上，这个质量就是“奥本海默”极限，这种大质量恒星死亡之后会无限向内坍缩，最终就会坍缩为宇宙中最恐怖的天体，黑洞！


黑洞的密度是多少呢？不知道，或者说无穷大。但是，物理学向来是描述具体有限的事物，无穷显然已经脱离了科学范畴。

如今科学对黑洞的描述是这样的，大质量恒星死亡之后的物质都被压缩到一个体积无限小的奇点，黑洞其实就是奇点。体积无限小，密度自然就无限大了。而平时我们所说的黑洞体积，其实指的是黑洞事件视界的体积大小。

也就是说，如今我们已知的大自然法则在奇点面前全部失效。说白了，黑洞就是脱离宇宙时空的存在，这也是为什么科学家们坚信黑洞很可能暗藏着宇宙终极奥秘，甚至是宇宙的本原！

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