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解读神奇的奇点,从太阳一直到诡异的黑洞,探索世界的本质!

17世纪,牛顿提出了伟大的万有引力理论,让我们知道了万物之间都有引力。同时也有人开始思考这种问题:在引力的作用下,我们的地球会不会发生坍缩呢?也就是说,如果地球自身的重力过大,会不会被压缩呢?比如说被压缩到篮球的大小?

对于这种问题,普通人肯定会觉得不可理喻,甚至很滑稽。但对于善于思考的科学家来讲,他们并不这样认为,而是进行了更深入的思考,正是因为这些思考,人类科学才一步步走到今天。

如今我们都知道,地球并不会因为自身的重力发生坍缩,那是因为地球质量达不到坍缩的程度,地球自身的重力根本不足以把微观世界的分子和原子压缩。

但是,比地球更重的天体呢?比如说我们的太阳,又是什么样的情况呢?

我们都知道,太阳之所以发光发热,是因为太阳核心一直在发生着核聚变,而核聚变发生的重要条件是高温高压。

太阳的质量达到地球质量的33万倍,巨大的质量产生了超强引力,在引力的作用下,太阳核心的氢原子被死死地挤压在一起,从而发生核聚变,产生光和热。

核聚变会让太阳核心发生超强爆炸,产生巨大的外推力,这种力量与太阳自身向内的引力保持平衡,所以太阳能够维持长时间的稳定。

太阳的核心温度高达1500万度,每秒消耗掉400万吨的氢转化为能量释放出来。400万吨看起来很大,但太阳质量实在太大了,大约2乘以10的30次方千克,400万吨的质量简直就是九牛一毛。

不过虽然太阳质量虽然很大,但随着时间的流逝,质量也会一点点减少。通过计算,科学家们告诉我们,在大约50亿年之后,太阳的氢将会耗尽,核聚变停止,届时太阳内部的平衡彻底被打破。

没有了核聚变产生的外推力,太阳自身重力占据绝对统治地位,于是太阳就会向内坍缩。

但坍缩的过程并不是无限的,在向内坍缩的过程中,太阳核心温度会迅速升高,一直达到氦发生聚变的条件,然后达到新的平衡,此时太阳核心温度达到一亿度。

不过核聚变只发生了太阳核心,太阳外层的物质会因为更强大的爆炸逐渐膨胀,此时的太阳彻底演化为红巨星。

太阳成为红巨星之后,体积会膨胀上万倍,甚至膨胀到水星的轨道,把水星完全吞噬。漫长的时间过后,红巨星的外层物质被抛洒到浩瀚星际空间,只留下致密的内核,也就是白矮星,只有地球大小的白矮星。

白矮星的主要成分是碳氧等元素,它仍旧会发出微弱的白光,比原来的亮度弱了很多。

其实在向白矮星演化的过程中,太阳内部没有停止过核聚变,然后一直到铁元素,戛然而止。因为铁元素是一种非常“致命”的元素,它非常稳定。

其他元素发生核聚变都会释放出能量,但铁元素不同,铁元素发生核聚变吸收的能量比释放的能量更多,所以一旦核聚变到铁元素,就宣告恒星的彻底死亡,因为恒星核聚变到铁元素就到了尽头。

但是有一个问题,既然没有了核聚变,那么恒星内部物质是如何对抗恒星自身强大的重力呢?

主要是依靠电子简并压。根据泡利不相容原理,两个相同的微观粒子不同拥有相同的量子态,可以通俗地这样理解,微观粒子比如说电子不能位于同一个轨道上。

而恒星自身强大的重力迫使电子不得不位于同一个轨道上,如此一来电子就会产生巨大的斥力,就是电子简并压。就像一个房间里只能住一个人,如果有外在的力量迫使其他人进来,房间里的人就会用尽全力把那个人推出去。

不过,电子简并压也是有上限的,不能无限制抵抗恒星的自身的重力。当恒星质量达到太阳质量1.4倍以上时,也就是所谓的钱德拉塞卡极限,电子简并压也抵抗不了恒星的重力,这样恒星就会继续向内坍缩,形成比白矮星更致密的天体,比如说中子星。

不过太阳演化为白矮星之后,质量会大大减少,远远达到不钱德拉塞卡极限的标准。所以白矮星就是太阳的宿命。

不过太阳的最终宿命是比白矮星更恐怖的黑矮星,在极其漫长的时间之后,白矮星的光和热全部辐射完毕,成为一颗黑矮星。不过这个过程极其漫长,需要上千亿的时间,而宇宙的年龄不过138亿年,所有如今的宇宙中没有任何黑矮星存在。

刚才说了,恒星的质量超过钱德拉塞卡极限之后,会坍缩为中子星,具体就是电子被迫向内挤压到原子核上,与质子结合形成中子。

中子星的密度极高,每立方厘米就能达到上亿吨。这是什么概念?一个乒乓球大小的中子星质量就能轻松超过地球质量!

中子星的中子之间也存在中子简并压,但这个力量也是有上限的,这个上限就是奥本海默极限,当质量达到3倍太阳质量时,中子星自身的重力就会突破中子简并压,继续向内坍缩,最终形成宇宙中最诡异的天体,黑洞!

超强的引力会把所有的中子压缩到一个体积无限小的点,也就是奇点,这个奇点不但没有体积,温度密度更是无限大,一个完全颠覆我们传统认知的存在方式。

如今我们已知的所有物理定律在黑洞面前全部失效,我们需要更高级的大自然法则才能诠释黑洞。

到这里,你或许能感受到宇宙的神奇了,从庞大的恒星,到无限小的黑洞奇点,最大与最小竟然神奇地连接在了一起,有点物极必反的味道。

这也给了人类另外一种思维方式,当我们总是渴望在浩瀚的宇宙里寻找世界的本质时,或许世界的本质就藏在最小的事物里,比如说黑洞的奇点。

这也是为什么很多科学家坚信世界的本质就藏在黑洞里,藏在那个无限小的奇点里!

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