太阳会变成黑洞吗？恒星超新星爆发，再到白矮星中子星，甚至黑洞

weisili134

这段时间科普量子力学的知识比较多，读者可能也看烦了，今天换个口味，讲一下恒星。

当然，很多人对恒星的认知少之又少，基本停留在会主动发光的物体就是恒星的概念上。

当然了，笔者会拒绝晦涩。依旧保持通俗的文风。

故事从人类思维无法理解层面开始。在这个层面上，有一个“事物”叫苦连天：啊，我受不了了，我的密度太大了，感觉非常非常的“挤”，我要在沉默中爆发了，于是它炸了！这个它就是奇点，其体积无穷小，密度无限大。在距今138.2亿年前炸了，从此有物质，时间和空间。这就是宇宙大爆炸。

当然，一开始炸出来的元素极其简单，基本都是氢，至于什么重元素都是后话了。氢元素之间很快就看对眼了，并结合成新的元素，那就是氦。

宇宙诞生之初的物质结构99%是氢和氦，当然大部分还是氢了

星云中的氢元素数不胜数，实在是太多了。在引力的作用下，氢们会聚拢在一起，就和滚雪球一样，越聚越多。到一定程度上，氢元素结合成了原始天体。其引力致使更多的氢元素投怀送抱。

原始天体的引力越来越强，外面越来越多的氢元素撞向天体，撞击的力度也越来越大。导致天体核心的氢原子们越来越拥挤，能量和动量越来越大。天体核心的氢原子运动愈发剧烈，在宏观上表现就是温度越来越高。

当温度达到上千万摄氏度的时候，核心的氢元素相互撞击的力度就会导致彼此的原子核们仅仅挨在一起，原子核们一旦挨得很近就会形成核力，就很难再分开了，于是四个氢原子和会组成新的原子核，那就是氦原子核。

当然你会质疑，四个氢原子核携带四个质子，合成之后也是铍元素。非也，因为质子中的夸克会重组，导致质子变成中子。

从氢到氦可是原子核重组，这是核聚变，会释放大量的能量，也就是高能光子(伽马射线)

这些高能光子从原始天体的核心地带被激发出来，于是就往外飞。

核心地带之外被大量的氢元素包围着。这些高能光子得一个个穿过外围氢元素才突破重围。于是原本高能的光子先把能量传给第一层包围的氢元素，这些氢元素吸收了高能光子，再释放光子，一层一层传出去。每一层都会“贪污”一部分高能光子的能量。直到这些高能光子冲破了原始天体内所有氢元素的包围，来到宇宙空间，这时它们的能量已经降低了很多。这也是我们能看见太阳光的原因。

高能光子是波长极短，频率极大的电磁波。它们的波长短于10^-12m，而可见光的波长在3.8×10^-7m～7.8×10^-7m范围段。只有高能光子的波长增加到可见光的范围段，我们才能看见它。高能光子的能量减弱就意味着波长变长。所以我们能看见太阳光还得感谢太阳中间到外围的氢元素对核心地带发射出的高能光子的能量“贪污”。

恒星核心不断在核聚变，并发出高能光子。而恒星中间到表面地带不发生核聚变反应，因为温度太低了，还不足以达到开启核聚变的条件。所以我们看到的光都是太阳核心处发出来的光子。这些光子要逃出太阳可不容易，不仅要被外围的元素蹭一波能量还要被拖延大量的时间。

从太阳核心发出的光要走出太阳需要几百万年的时间。这是因为，核心发出来的光子要被紧邻的外围氢原子核外电子吸收，吸收能量的电子处于激发态，再释放光子，新释放的光子接着再传给更外围的氢原子……以此类推直到逃出太阳表面。这种吸收─释放─再吸收─再释放……的过程可老费时间了。

按道理来说，太阳核心以外的氢元素应该往里面坍缩，因为核心地带有强大的引力。但为什么太阳还能保持相对稳定的体积呢？

这是因为太阳核心地带的核聚变不断释放能量，这些能量足以对抗引力。

一开始，只有太阳核心地带发生核聚变，外部的原子还当吃瓜群众呢。因为它们被核心释放的能量喷流“吹”的也进不去充当燃料啊！(这是恒星的主序星阶段，目前太阳就处于此阶段，并还能保持50亿年之久)

当恒星核心地带的氢全都聚变成氦，想要进一步核聚变就得氦聚变成更重的原子核。但是越往上聚变，其要求的温度越高，这时候核心的温度还不足以开启从氦聚变到更高元素的条件。

于是核心地带的聚变反应消停了一会。但是与核心地带紧邻的外围氢元素对聚变的温度要求没有那么苛刻，于是核聚变开始外移。

外移的核聚变会产生大量的氦元素，于是就落入到恒星核心处，越来越多的氦元素被核心地带吸收，导致核心地带的物质密度增大，温度越来越高，终于达到了开启第二轮核聚变的条件。

这时候核心处的聚变反应已经是从氦→碳了，而外围的聚变还处于氢→氦的过程。如果核心的氦都全聚变成碳或氧了，要想开启更高层次的聚变，也就是从碳到硅再到铁，就需要更高的温度，于是核心地带就又消停一段时间。于此同时，核聚变不断外移直到恒星表面，外移聚变的产物就又是内部的聚变燃料。恒星表面的氢聚变成氦，氦又作为内层氦→碳的聚变燃料，碳又是更内层碳→硅的聚变燃料以此类推……核心地带就聚变成铁元素。绝大数情况下，恒星会聚变到铁元素为止。因为铁的结合能最高，要想试图破坏铁的原子核进而聚变成更高的元素，就需要极高的温度，起码也得100亿摄氏度。这种苛刻的条件就阻止了恒星内的元素聚变到铁以上的元素上了。当然也有极端案例，比如超新星爆发，中子星合并等。

如果太阳内部和外部同时聚变，那么释放的能量就比原先大的多。巨大的能量把太阳内部的物质往外推，于是太阳体积越来越大，变成了红巨星，其半径足以吞噬水星和金星甚至是地球。事实上，部分天文学家将红巨星的膨胀过程视为第一次超新星爆发。

地球上的重金属，完全来自恒星的超新星爆发，恒星也被称为元素的炼丹炉。

如果没有恒星，宇宙基本上都是氢和氦。当然就没有生命了，我们身体的碳、氧、铁金属全是恒星“炼丹”的结果。

科学家认为，在太阳之前，太阳系内至少发生了一次超新星爆发，爆发后的能量挤压了原始星云的聚集，才加速了太阳的诞生，同时抛出大量的重元素，并在引力的作用下形成行星。

如果恒星的燃料全都烧完了，那么物质就会在引力的作用下向内坍缩。这种坍缩会挤压恒星中自由电子的空间，把它们挤到原子核中并与质子电性抵消了，导致原子核自爆，释放更大的能量。

这就是第二次超新星爆发，其规模比第一次还大的多。当然，太阳不存在第二次超新星爆发，因为太阳的质量太小，其引力还不足以把自由电子压到原子核内。这时候引力被电子的简并压力抵挡住了，这就是白矮星。太阳的质量决定了它的归宿只能是白矮星。

如果一个恒星的质量是太阳的1.4倍以上，理论上，其引力就可以把电子压到原子核内与质子抵消，导致原子核全变成中子了。

如果这颗星的质量大约是太阳1.4倍但又小于8倍，这颗恒星的引力就不足以把两个中子压到一起。因为中子之间也有抵抗相互挤压的简并压力，这时候中子的简并压力抵抗了引力的进一步坍缩。于是这颗恒星就变成了中子星。

如果恒星的质量比太阳大了数十倍以上，那么它的引力就足以把中子的简并压力打败。其中子都被压成一片了，这导致此天体的密度越来越大，体积越来越小。表面的逃逸速度都超过光速了，于是它就变成了黑洞！

引力一直都在导致恒星内的物质向核心处坍缩。一开始靠电子简并压力抵抗引力坍缩，如果抵抗住了，那么这就是白矮星。如果没有抵抗住，就接着由中子的简并压力抵抗引力坍缩，此时抵抗住引力了，那就是中子星。如果还没抵抗住，那就只能变成黑洞了！