太陽之死：太陽燃燒殆盡之後會怎樣？會變成一個黑洞么？

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我們在地球上使用的各種能量，不管是電、煤、石油、天然氣，還是自己吃到肚子里的麵包牛奶，除了核能、地熱等少數能量以外，其他的基本上都來自太陽。

太陽是一顆黃矮星，壽命大概在100億年（現在的年齡是45.7億年），差不多處於青壯年。也就是說，再過50多億年，太陽的燃料就會燃燒殆盡，壽終正寢。不知道大家有沒有想過這樣的問題：太陽燃燒殆盡之後會發生什麼？

或者我們先問這樣一個問題：太陽是靠什麼保持現在這樣的「身材」的？

太陽何以保持現在狀態？

我們先來看一下太陽的基本數據：太陽的質量是地球的33萬倍，體積是地球的130萬倍，它質量的四分之三都是氫，剩下的基本上都是氦。

太陽燃燒能量的來自於氫-氦的熱核反應，其實就是核聚變，跟氫彈爆炸產生能量的方式是一樣的。也就是說，太陽通過源源不斷的氫彈爆炸給太陽系提供能量。

太陽的質量這麼大，那麼它們之間的引力也是非常大的。太陽現在之所以沒有被它們之間的引力壓縮，是因為現在太陽還很熱，這種熱壓力能夠平衡引力。想像一個熱氣球，把氣球裡面的氣體用火加熱之後，它就能產生一股由里而外的熱壓力把氣球撐起來。

我們在回顧一下中學的物理，熱現象的本質是什麼？熱無非是分子原子這些基本粒子做無規則運動的一種表現，溫度越高，粒子做無規則運動越劇烈，產生的熱壓力也就越大。

也就是說，目前太陽是靠分子原子這種基本粒子的無規則運動來頂住引力的。

那麼太陽燃燒完了以後呢？沒有燃料了，太陽的溫度肯定就降下來了，溫度降下來了熱壓力肯定也就想對應的減小了，那麼這時候熱壓力就會比引力小，那麼太陽肯定要在引力的作用下開始被壓縮，也就是坍縮。

但問題的關鍵是：坍縮到何時是個頭？

坍縮的過程

我們回顧一下物質的組成：分子由多個原子組成，原子由原子核和繞原子核的運動的電子組成，原子核由質子和中子組成，質子由兩個上夸克和一個下夸克組成，中子是由兩個下夸克和一個上夸克組成。

當恆星的燃料燃燒完了之後，分子原子的運動速度越來越慢，這時候在分子原子這一層是沒有什麼力量能夠對抗引力的了，這時候我們必須把眼光放到下一層來：原子核和電子。

原子由原子核和核外電子組成，如果原子是一個足球場，那麼原子核就相當於一只螞蟻，但是原子核這隻螞蟻卻佔了原子99.96%以上的質量，所以原子核外面其實是很空的。

強大的引力繼續壓縮，這時候就會影響電子的正常運動範圍了。引力迫使電子慢慢像原子核聚集，隨著引力的增大，電子可以活動的範圍越來越小，這種小會無限的小下去么？

電子簡併壓力

我們都知道波粒二象性是微觀粒子的基本屬性，電子當然也是這樣。當引力很大，電子不得不在很小的範圍內運動的時候，從波的屬性來看，當電子被限制在非常小的空間里運動的時候，電子的波長一定是很短的，波長短意味著能量高，能量高意味著快速的運動。

電子的這種高速不規則運動會產生一種新的抵抗引力的壓力，物理學家們稱這種壓力為簡併壓力，由電子產生就叫電子簡併壓力。

於是，在恆星沒有燃料坍縮的過程中，如果這種電子簡併壓力能夠頂住引力，那麼這個恆星就可以重新達到一種平動態的平衡，從而使恆星處於一種新的穩定狀態。

這樣的星體我們稱之為白矮星。

但是，如果恆星的質量太大，引力太大，電子簡併壓力頂不住怎麼辦？

中子星

當引力大於電子簡併壓力的時候，電子頂不住那就沒辦法了，只能繼續進一步被壓縮，那能壓縮到哪裡去呢？電子是圍繞原子核做高速運動，如果電子頂不住，那電子就只能被壓縮到原子核裡面去了。

原子核由質子和中子組成，其中質子帶正電，中子不帶點，而我們都知道電子是帶負電的。那麼，電子被壓到原子核裡面以後會發生什麼呢？

一個很自然的想法：質子帶正電，電子帶負電，而原子整體不帶電，那麼質子和電子的電量肯定是相同的。那麼，帶正電的質子和帶負電的電子會不會結合起來然後就呈中性了？

你別說，答案還真是這樣的，電子被壓入原子核以後，就和質子結合形成了中子。而中子是不帶電的，這樣一來，原子內部再沒有質子沒有電子，全部變成了中子。

然後你就看到我們的恆星變成了一堆中子。

跟電子簡併壓力原理一樣，這麼一大堆中子被壓縮在一起，肯定會形成壓力更大的中子簡併壓力。如果這種中子簡併壓力能夠頂住坍縮的引力，那麼恆星又會再一次處於一種穩定狀態，那麼這樣的星體就叫中子星。

同樣的，我們還是要繼續問一個問題：如果引力實在太大，連中子簡併壓力都頂不住怎麼辦？

是否有夸克星？

按照我們上面的思路，中子如果頂不住，那麼肯定就必須進入下一層。

中子是由夸克組成的，具體來說是兩個下夸克和一個上夸克。如果中子簡併壓力依然頂不住引力，可以想像，中子應該會被壓碎，最後全部變成一堆夸克，那麼這個恆星看起來就像是一堆夸克組成的。

然後我們似乎可以稱這種星體為夸克星，夸克之間的簡併壓力頂住引力從而達到平衡。

再然後，吃瓜群眾似乎還會繼續問：如果夸克簡併壓力依然頂不住引力怎麼辦？會不會把夸克壓碎再進入下一層？

當然，你確實可以這樣問，但是不一定有人能給出答案。白矮星和中子星是天文學家實際觀測到了，夸克星還只是一個猜想，沒有被真實的觀測到，到底有沒有夸克星我們現在也不得而知，那夸克星更下一層的我們就更加不知道了。

有沒有夸克簡併壓力跟引力平衡從而形成的夸克星我們不知道，但是我們知道：任何簡併壓力（不管是電子、中子還是未知的夸克或者再下層的）都頂不住引力的星體是存在的。

黑洞

如果一個星體，因為質量太大引力太大，結果使得任何簡併壓力都無法頂住它的引力，這回是怎樣一種情況呢？這個恆星會變成什麼樣子呢？

我相信很多人都能想像這個畫面，既然任何簡併壓力都頂不住壓力，那麼恆星會把電子入原子核，再把中子壓碎，再把夸克壓碎，再把一切的一切都壓碎，這種東西會是什麼呢？

相信有兩個字在很多人的嘴裡已經呼之欲出了，沒錯，這種引力碾壓一切簡併壓力的星體就是黑洞。

從文章的開始走到現在，相信大家心裡都有一個概念了。不同質量的恆星引力不一樣，然後就重點看哪一個層面的簡併壓力能夠頂住這個引力，電子簡併壓力能夠頂住引力就成了白矮星，中子簡併壓力才能頂住引力的就成了中子星，啥簡併壓力都頂不住引力的就變成了黑洞。

太陽的終極命運

再回到最開始的問題，按照這樣的分析，我們太陽的最終命運會是怎樣的呢？

下圖給出了一副不同質量恆星的坍縮圖，白色部分表示引力超過壓力，陰影部分表示壓力超過引力。

很顯然，不管是引力大於壓力還是壓力大於引力，這都是不穩定的狀態，恆星要最終穩定在一個狀態，必須是引力和壓力相同。而引力和壓力相同的點就都在那條曲線上，也就是說，只有曲線上的點才是穩定的。

所以我們看到，太陽對應的是白矮星的曲線，也就是說：太陽的燃料燃燒殆盡之後，會變成一顆白矮星。

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