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!

大家都在看

  • ## 浩瀚宇宙,我们能知道多少?一场幽默的宇宙探索之旅

    ## 浩瀚宇宙,我们能知道多少?一场幽默的宇宙探索之旅 朋友们!你们有没有想过,我们生活的这个宇宙到底有多大?是不是觉得自己的脑袋都快想破了?别急,今天我们就来一场幽默的宇宙探索之旅,看看在这浩瀚的宇宙中,我们到底能知道多少。首先,让我们来聊聊宇宙的起源。 ... 宇宙探索12-22

  • 宇宙的无尽旅程:你敢想象尽头在何方吗?

    宇宙的无尽旅程:你敢想象尽头在何方吗? ## 描述你是否曾想过,宇宙的边界到底在哪里?是无尽的星辰还是某个神秘的终点?今天,我们就来聊聊这个迷人的话题,带你一起探寻宇宙的尽头!---你有没有想过,浩瀚的宇宙,有没有一个尽头?这是一个古老而又激动人 ... 宇宙探索12-22

  • 虚拟现实与宇宙探索:人工智能打造的沉浸式星际之旅

    虚拟现实与宇宙探索:人工智能打造的沉浸式星际之旅 在科技飞速发展的时代,虚拟现实和人工智能携手为人类开启了一扇通向宇宙深处的奇幻之门,打造出前所未有的沉浸式星际之旅。虚拟现实技术让我们得以身临其境地感受宇宙的浩瀚与神秘。以往,我们只能通过书籍、图片和 ... 宇宙探索12-22

  • 宇宙探索:奇异的星系怪物

    宇宙探索:奇异的星系怪物 大伙儿有没有想过,咱们平常抬头看看天上的星星,那可都是宇宙中的"明星"啊!今儿个我跟大家聊聊那些在宇宙中长得奇奇怪怪的星系,说出来你可能不信,有的像两只老鼠咬耳朵,有的活脱脱一个大海星,还有的就跟个大 ... 宇宙探索12-22

  • 天文观测的艺术:如何用望远镜探索宇宙

    天文观测的艺术:如何用望远镜探索宇宙 在浩瀚无垠的宇宙中,星星如同无数的故事,等待着我们去探索和解读。天文观测不仅是科学研究的基础,更是一门艺术,它将人类的好奇心与宇宙的奥秘结合在一起。通过望远镜,我们能够揭开宇宙的神秘面纱,探索遥远星系 ... 宇宙探索12-21

  • 宇宙究竟存不存在尽头呢?如果有尽头之外又有什么呢?

    宇宙究竟存不存在尽头呢?如果有尽头之外又有什么呢? 随着人类科学技术水平的不断提高,人类对宇宙的认识也在不断深入。在人类一步步靠近宇宙的时候,却发现每走一步都会产生无数的疑问,世间万物都有它的尽头,所以人们猜想宇宙也有自己的尽头。然而,人类渺小得如同井 ... 宇宙探索12-21

  • 探索宇宙的起源与终结

    探索宇宙的起源与终结 宇宙的起源大爆炸理论:宇宙大爆炸理论是目前科学界广泛接受的宇宙起源理论。该理论认为,宇宙起源于一个极其高温、高密度的奇点,这个奇点发生了剧烈的爆炸,从而产生了宇宙。大爆炸的瞬间,时间和空间被同时启动, ... 宇宙探索12-21

  • 为什么人类要不停地探索外太空?

    为什么人类要不停地探索外太空? 或许从古猿仰望星空的那一刻开始,人类就对那遥远的宇宙产生了天然的探索欲。无论是艺术创作、影视作品或是航天科技的发展,自古以来,我们对于宇宙的向往与想象从未停止过……但,人类为什么要不停地探索外太空呢? ... 宇宙探索12-21

  • 宇宙五大未解谜团:每一个答案都可能改变世界

    宇宙五大未解谜团:每一个答案都可能改变世界 人类是地球上已知的唯一拥有高级智慧的物种,凭借着这一独特的优势,人类短短数百万年的时间,就演化出了如今的现代文明。站在了地球食物链的顶端。然而高级智慧带来科技发达的同时,也给我们带来了其他物种没有的困 ... 宇宙探索12-20

  • 宇宙探索新成果:月球形成时间确定为45.1亿年

    宇宙探索新成果:月球形成时间确定为45.1亿年 月球45.1亿年前形成的理论是通过多种证据和分析综合得出的。首先,科学界普遍认为月球是在早期地球与一个火星大小的原行星相撞后形成的,这次撞击被称为“大碰撞事件”。该事件发生时间的估算,是基于对月球岩石样品 ... 宇宙探索12-20