太阳之死：太阳燃烧殆尽之后会怎样？会变成一个黑洞么？

太阳之死：太阳燃烧殆尽之后会怎样？会变成一个黑洞么？

我们在地球上使用的各种能量，不管是电、煤、石油、天然气，

还是自己吃到肚子里的面包牛奶，除了核能、地热等少数能量以外，

其他的基本上都来自太阳。

太阳是一颗黄矮星，寿命大概在100亿年（现在的年龄是45.7亿

年），差不多处于青壮年。也就是说，再过50多亿年，太阳的燃料就

会燃烧殆尽，寿终正寝。不知道大家有没有想过这样的问题：太阳燃

烧殆尽之后会发生什么？

或者我们先问这样一个问题：太阳是靠什么保持现在这样的“身

材”的？

太阳何以保持现在状态？

我们先来看一下太阳的基本数据：太阳的质量是地球的33万倍，

体积是地球的130万倍，它质量的四分之三都是氢，剩下的基本上都

是氦。

太阳燃烧能量的来自于氢-氦的热核反应，其实就是核聚变，跟氢

弹爆炸产生能量的方式是一样的。也就是说，太阳通过源源不断的氢

弹爆炸给太阳系提供能量。

太阳的质量这么大，那么它们之间的引力也是非常大的。太阳现

在之所以没有被它们之间的引力压缩，是因为现在太阳还很热，这种

热压力能够平衡引力。想象一个热气球，把气球里面的气体用火加热

之后，它就能产生一股由里而外的热压力把气球撑起来。

我们在回顾一下中学的物理，热现象的本质是什么？热无非是分

子原子这些基本粒子做无规则运动的一种表现，温度越高，粒子做无

规则运动越剧烈，产生的热压力也就越大。

也就是说，目前太阳是靠分子原子这种基本粒子的无规则运动来

顶住引力的。

那么太阳燃烧完了以后呢？没有燃料了，太阳的温度肯定就降下

来了，温度降下来了热压力肯定也就想对应的减小了，那么这时候热

压力就会比引力小，那么太阳肯定要在引力的作用下开始被压缩，也

就是坍缩。

但问题的关键是：坍缩到何时是个头？

坍缩的过程

我们回顾一下物质的组成：分子由多个原子组成，原子由原子核

和绕原子核的运动的电子组成，原子核由质子和中子组成，质子由两

个上夸克和一个下夸克组成，中子是由两个下夸克和一个上夸克组成。

当恒星的燃料燃烧完了之后，分子原子的运动速度越来越慢，这

时候在分子原子这一层是没有什么力量能够对抗引力的了，这时候我

们必须把眼光放到下一层来：原子核和电子。

原子由原子核和核外电子组成，如果原子是一个足球场，那么原

子核就相当于一只蚂蚁，但是原子核这只蚂蚁却占了原子99.96%以上

的质量，所以原子核外面其实是很空的。

强大的引力继续压缩，这时候就会影响电子的正常运动范围了。

引力迫使电子慢慢像原子核聚集，随着引力的增大，电子可以活动的

范围越来越小，这种小会无限的小下去么？

电子简并压力

我们都知道波粒二象性是微观粒子的基本属性，电子当然也是这

样。当引力很大，电子不得不在很小的范围内运动的时候，从波的属

性来看，当电子被限制在非常小的空间里运动的时候，电子的波长一

定是很短的，波长短意味着能量高，能量高意味着快速的运动。

电子的这种高速不规则运动会产生一种新的抵抗引力的压力，物

理学家们称这种压力为简并压力，由电子产生就叫电子简并压力。

于是，在恒星没有燃料坍缩的过程中，如果这种电子简并压力能

够顶住引力，那么这个恒星就可以重新达到一种平动态的平衡，从而

使恒星处于一种新的稳定状态。

这样的恒星我们称之为白矮星。

但是，如果恒星的质量太大，引力太大，电子简并压力顶不住怎

么办？

中子星

当引力大于电子简并压力的时候，电子顶不住那就没办法了，只

能继续进一步被压缩，那能压缩到哪里去呢？电子是围绕原子核做高

速运动，如果电子顶不住，那电子就只能被压缩到原子核里面去了。

原子核由质子和中子组成，其中质子带正电，中子不带点，而我

们都知道电子是带负电的。那么，电子被压到原子核里面以后会发生

什么呢？

一个很自然的想法：质子带正电，电子带负电，而原子整体不带

电，那么质子和电子的电量肯定是相同的。那么，带正电的质子和带

负电的电子会不会结合起来然后就呈中性了？

你别说，答案还真是这样的，电子被压入原子核以后，就和质子

结合形成了中子。而中子是不带电的，这样一来，原子内部再没有质

子没有电子，全部变成了中子。

然后你就看到我们的恒星变成了一堆中子。

跟电子简并压力原理一样，这么一大堆中子被压缩在一起，肯定

会形成压力更大的中子简并压力。如果这种中子简并压力能够顶住坍

缩的引力，那么恒星又会再一次处于一种稳定状态，那么这样的星体

就叫中子星。

同样的，我们还是要继续问一个问题：如果引力实在太大，连中

子简并压力都顶不住怎么办？

是否有夸克星？

按照我们上面的思路，中子如果顶不住，那么肯定就必须进入下

一层。

中子是由夸克组成的，具体来说是两个下夸克和一个上夸克。如

果中子简并压力依然顶不住引力，可以想象，中子应该会被压碎，最

后全部变成一堆夸克，那么这个恒星看起来就像是一堆夸克组成的。

然后我们似乎可以称这种星体为夸克星，夸克之间的简并压力顶

住引力从而达到平衡。

再然后，吃瓜群众似乎还会继续问：如果夸克简并压力依然顶不

住引力怎么办？会不会把夸克压碎再进入下一层？

当然，你确实可以这样问，但是不一定有人能给出答案。白矮星

和中子星是天文学家实际观测到了，夸克星还只是一个猜想，没有被

真是的观测到，到底有没有夸克星我们现在也不得而知，那夸克星更

下一层的我们就更加不知道了。

有没有夸克简并压力跟引力平衡从而形成的夸克星我们不知道，

但是我们知道：任何简并压力（不管是电子、中子还是未知的夸克或

者再下层的）都顶不住引力的星体是存在的。

黑洞

如果一个星体，因为质量太大引力太大，结果使得任何简并压力

都无法顶住它的引力，这回是怎样一种情况呢？这个恒星会变成什么

样子呢？

我相信很多人都能想象这个画面，既然任何简并压力都顶不住压

力，那么恒星会把电子入原子核，再把中子压碎，再把夸克压碎，再

把一切的一切都压碎，这种东西会是什么呢？

相信有两个字在很多人的嘴里已经呼之欲出了，没错，这种引力

碾压一切简并压力的星体就是黑洞。

从文章的开始走到现在，相信大家心里都有一个概念了。不同质

量的恒星引力不一样，然后就重点看那一个层面的简并压力能够顶住

这个引力，电子简并压力能够顶住引力就成了白矮星，中子简并压力

才能顶住引力的就成了中子星，啥简并压力都顶不住引力的就变成了

黑洞。

太阳的终极命运

再回到最开始的问题，按照这样的分析，我们太阳的最终命运会

是怎样的呢？

下图给出了一副不同质量恒星的坍缩图，白色部分表示引力超过

压力，阴影部分表示压力超过引力。

很显然，不管是引力大于压力还是压力大于引力，这都是不稳定

的状态，恒星要最终稳定在一个状态，必须是引力和压力相同。而引

力和压力相同的点就都在那条曲线上，也就是说，只有曲线上的点才

是稳定的。

所以我们看到，太阳对应的是白矮星的曲线，也就是说：太阳的

燃料燃烧殆尽之后，会变成一颗白矮星。