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解讀神秘的奇點,恒星在死后之后如何一步步走向奇點的?

三百多年前,牛頓提出了著名的萬有引力理論,讓我們知道了宇宙萬物之間都存在著引力,質(zhì)量越大的物體引力也會越大。

我們?nèi)缃衲苷驹诘厍蛏希褪且驗榈厍虻囊ψ饔茫蝗坏脑捨覀冊缇惋w向太空了。

那么,你有沒有想過這樣的問題:地球引力如此之大,為什么它不會把自己壓扁呢?為什么引力沒有讓地球上的物質(zhì)坍縮到地球核心呢?

你可能會嘲笑這種問題,甚至認為很無聊。但事實上一點也不無聊,物理學們正是研究類似問題,發(fā)現(xiàn)了更大的宇宙奧秘。

如今我們已經(jīng)知道了,地球沒有坍縮到核心的原因很簡單:地球的引力還不夠大,換句話說,地球質(zhì)量不夠大。

接下來我們看看質(zhì)量更大的天體,我們的太陽。

太陽質(zhì)量達到地球的三十三萬倍,占據(jù)了整個太陽系質(zhì)量的99.86%,擁有絕對的統(tǒng)治力。正是太陽的這種統(tǒng)治力才塑造了如今太陽系的有序。

由于太陽質(zhì)量巨大,意味著太陽核心區(qū)域溫度和壓強都非常高,在高溫高壓下,氫被迫擠壓到一起,發(fā)生了核聚變。

核聚變產(chǎn)生了巨大的力量,這種力量試圖把整個太陽炸裂,不過太陽的巨大質(zhì)量產(chǎn)生了向內(nèi)的巨大壓力,兩者保持了微妙的平衡,所以太陽既不會因為巨大的引力向內(nèi)坍縮,也不會被核聚變被炸裂,而是一直保持一種穩(wěn)定狀態(tài),長達數(shù)十億年。

不過,這種微妙的平衡會隨著時間的慢慢流逝最終被打破。雖然太陽質(zhì)量很大,氫燃料非常豐富,但太陽每秒消耗大約400萬噸的氫燃料,相對于太陽的巨大質(zhì)量,400萬噸不值得一提,但在漫長時間過后,氫燃料也會被慢慢耗盡。

科學家們通過計算得知,在大約50億年之后,太陽的氫燃料將會枯竭,屆時太陽核心的核聚變就會逐漸停止。

沒有了核聚變產(chǎn)生的外推力,太陽強大的引力就會徹底占據(jù)上風,于是開始向內(nèi)坍縮。

在坍縮的過程中,太陽核心的溫度和壓強會急劇升高,到了一定程度核聚變又會重新點燃,不過不是氫核聚變,而是氫核聚變生成的更重的元素,比如氦。

但由于太陽質(zhì)量有限,核心的核聚變并不是一直持續(xù)下去,聚變到碳和氧元素,聚變就停止了。

在太陽向內(nèi)坍縮的過程中,外層物質(zhì)不斷撞擊內(nèi)核,產(chǎn)生巨大的反作用力,加上聚變本身產(chǎn)生的力量,會把太陽外層物質(zhì)推向外太空,也就是說太陽會發(fā)生膨脹,此時的太陽就會進入紅巨星時代。

紅巨星會膨脹得非常大,甚至會膨脹到水星,金星的軌道,完全吞噬水星和金星。地球或許幸免于難,但也會被烤焦。

漫長時間過后,紅巨星逐漸演變成了白矮星,一顆仍會發(fā)出微弱光芒的天體。白矮星的終極命運是黑矮星,但白矮星到黑矮星的時間極其漫長,以至于直到今天,宇宙中仍舊沒有黑矮星的誕生。

在眾多恒星當中,太陽質(zhì)量屬于中等。大質(zhì)量恒星的死亡過程更加悲壯。如果一顆恒星質(zhì)量達到或超過太陽質(zhì)量的1.4倍,在引力的強大壓力下,原子外圍的電子也會發(fā)生坍縮,被活生生地壓縮到原子核上,這就是“電子簡并”。

而1.4倍太陽質(zhì)量就被認為是錢德拉塞卡極限,超過這個質(zhì)量,由于電子簡并壓的存在,電子會坍縮到原子核上,與質(zhì)子合并,形成中子,這就是中子星。中子星的密度高得驚人,每立方厘米中子物質(zhì)質(zhì)量可達上億噸。

如果恒星的質(zhì)量更大,達到了太陽質(zhì)量的3倍以上,就會無限坍縮下去,最終形成可怕的黑洞。而這個質(zhì)量又被稱為奧本海默極限。

黑洞,已經(jīng)無法用我們已知的大自然法則去詮釋,因為所有物質(zhì)都被極度壓縮,最終坍縮到普朗克尺度,體積趨于一個無窮小的點 ,所謂的“奇點”。

黑洞都有一個事件視界,一旦越過事件視界,就完全沒有時間空間的概念,事件不會在那里發(fā)生,我們能描述的只有事件視界外面。

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