黑洞，引力的逆襲！

最新 03-27

【按】：這是無塵幫天文愛好者@ZP 先生與大家做的分享，由於擔心涉及很多的科學術語會讓人感到枯燥，他在努力通俗化後還先給老婆試講。在此謝謝@ZP 及夫人！當時是語音分享，現在@ZP 又把文字稿整理出來，我受託發佈於此，便於大家學習回味。另外還想說一點，@ZP 老師的這個講座分享於2018年2月26日、27日，非常遺憾的是，3月14日，偉大的霍金離開了地球。那麼，@ZP 老師的這個講座放到這裡，也算是對霍金先生致敬和追憶吧！

PS：整理過程中，再次的閱讀仍強烈感到來自宇宙的震撼。兩期講座合體發送，可能有點兒長，請耐心細讀，相信講座的精彩一定會讓你欲罷不能。

黑洞，引力的逆襲

講座者：@ZP

先發個免責聲明啊同志們，我完全不是這個專業的哈，就是感興趣，自己瞎研究，後來看了一本阿西莫夫的科普書《坍縮中的宇宙》，特受益，今天跟大家分享分享(主要內容很多都是這本書里摘抄的)，裡面肯定好多細節不嚴謹，大家包涵~

這個話題我縮減了半天，還是要分2次聊完，前一段比較枯燥啊，大家做好心理準備，弄這個的時候，我特意給我老婆講了一遍，我老婆最後聽明白了，但是覺得太啰嗦，強烈要求刪減一些，我冥思苦想了好久，最後感覺刪減哪裡，都不容易說清楚，實在感覺自己水平有限，多包涵各位。。。

因這個話題，還是包含很多很基本的物理問題的，我已經刪了不少，還是有個別公式啥的需要羅列一下，深深的感覺到，化繁為簡，真是學霸跟學渣的區別。。。俺這輩子是沒戲了。

聊的時候估計大家肯定會覺得枯燥，不過我老婆說，到後半段就好點了，我爭取今天儘快叨叨完。

友誼的小飛船兒現在走起~

一、宇宙中的4種基本作用力

經過一代又一代科學家的不懈努力，目前發現宇宙中這四種基本相互作用力：引力，電磁力，強相互作用力（強核力），弱相互作用力（弱核力），第五種力目前還不確定，隨著人們對宇宙的不斷探索，人們有一種樸素的猜測，所有物理學原理應該能統一到同一種理論當中，即大統一理論，可以看成是能夠回答一切問題的宇宙的終極奧秘，宇宙的真理。

（一）四種基本作用力

這四種基本作用力，下面一起複習一下初中物理知識：

四種相互作用力都是有一個作用範圍的，這個範圍就是力場。

1.其中強相互作用力（強核力）和弱相互作用力（弱核力）的作用範圍非常小，幾乎只在原子核內部起作用，所以叫做核力（本次涉及到弱核力機會很少，所以後面討論的核力都是強核力）；

2.電磁力，只有帶電的粒子才會產生電磁作用，電荷有兩種，正電荷和負電荷，原子內的電子帶有負電荷，原子核內的質子帶有正電荷，同性相斥，異性相吸，電磁力作用範圍，比只在原子核內起作用的核力要大

3.引力就比較好理解了，牛頓被蘋果砸腦袋以後頓悟的萬有引力，也就是為啥你蹦的再高也飛不上天，地球總會把你吸回去~

敲黑板劃重點！

任何有質量的物體之間都有相互吸引力，這個力的大小與各個物體的質量成正比，而與它們之間距離的平方成反比。

這句話請同志們務必留有印象。

這四種相互作用力的強度，如果把電磁力的強度定義為1的話，按照從強到弱的順序排列如下：

強核力（以下簡稱核力）103；電磁力1；弱核力10-11；引力10-39

可見，與核力和電磁力比起來，引力是多麼的渺小。

（二）下面介紹原子

1.首先複習一下原子的結構：

圖，原子，碳原子

如圖，原子是由原子核與電子組成，電子帶負電，原子核由質子與中子組成，質子帶正電，中子不帶電，呈電中性，所以叫中子。

質子是由英國物理學家盧瑟福在1914年首先發現的，質子這個名字願意是希臘語「最初」，因為它是當時人們所知的帶有正電荷的最小粒子。

不同的原子，組成原子核的質子數是不同的，例如氫原子核只有1個質子，氦原子和有2個質子，而鈾原子核有92個質子，並且目前科學家已經在實驗室中製造出了更大的原子。

盧瑟福在1911年指出，一個原子的幾乎全部質量，都集中在原子中心一個很小的區域內，即原子核內部，原子核內部的質子都緊緊的貼在一起。

2.核力

那麼問題來了，剛剛說過的電磁力，同性相斥異性相吸，既然質子都帶正電荷，中子又不帶電，那麼質子間應該同性相斥才對，為啥會緊貼在一起呢？？

一直到1935年，日本一個物理學家湯川秀樹提出一種很成功的理論，他指出，當質子和中子靠的很近的時候，會產生一種比電磁排斥力大一千倍的吸引力，這個就是核力，因此，由核力結合在一起的東西，電磁力是沒辦法把它分開的！

只有質子和中子以某種比例出現在原子核內部的時候，核力才能最有效發揮作用，一般情況下，對於原子核內粒子數不超過40個的原子來說，似乎是質子與中子各佔一半，對於粒子數更多的原子核來說，中子佔比會提升，例如，鉍原子核內有83個質子，卻有126個中子。

3.電磁力

下面再聊一下電磁作用，只有帶電荷的粒子才會產生電磁作用，也只有這些帶電荷的粒子才會對電磁作用起反應，質子，由於帶正電荷，所以既是核力的力源又是電磁力的力源，而且既會對核力起反應，又會對電磁力起反應；中子不帶電，所以僅僅是核力的力源，只對核力起反應。

電子帶有負電荷，對電磁力起反應（也對弱核力起反應，本次不討論），同性相斥異性相吸，由於電子不受核力影響，所以不會成為原子核的一部分，但是由於又受電磁力影響，受到帶正電荷質子的吸引，所以電子都傾向於留在質子的近旁。

如果一個原子核內有1個質子，那麼一般就會把1個電子束縛在它近旁，如果有2個質子，那麼一般就會把2個電子束縛在它近旁，以此類推。

原子是由原子核和靠近它的電子共同組成，原子「atom」一詞在希臘語里是「不可再分割的東西」，在人們的最初想像中被看做不能再分為更小單位的東西，但是現在隨著科技的發展，我們對微觀世界有了更深刻的認識。

碰巧質子的電荷和電子的電荷相等，性質又相反，就使得原子作為一個整體來說必定是電中性的。

4.原子質量與結構

但是，質子與電子的質量卻相差很大，具體大多少呢？質子的質量是電子質量的1836倍！！！

也就是說，一個原子里幾乎99.9%的質量，都集中在原子中心那個小小的原子核內，但是原子核在一個原子內所佔有的體積卻小的可憐，多小呢，我們可以想像一下，把原子想像成一個空心的球，把原子核一個挨一個的排列起來，要10萬個原子核才能從這頭排到那頭！！

來個直觀一點的圖片：

圖，原子核大小示意

電子本身也是很小的，電子在原子核的外面高速運動，是像一層層的殼層分部的，就是說在電子和原子核之間還存在很大很大的空間，所以原子的結構有點像一個乒乓球，內部是很空很空的。

注意同志們！敲黑板劃重點，這個很空的原子的結構大家一定要有印象，這是通往黑洞的關鍵！

（三）身邊的物質

1. 原子+電磁力

下面，聊聊能看得見摸得著的東西，我們身邊的一切物質，一切氣體液體固體，包括我們自身的肉體，都是由原子組成，具體是咋組成的呢？

在理想情況下，如果不同原子中它們電子的電荷是非常均勻分布在原子核周圍，那麼這個原子是完美的電中性的，那麼電磁力在兩個原子之間幾乎是不起作用的，但實際情況並非如此，由於電子的負電荷分布在原子的外層，帶正電荷的原子核在原子的內部，因此當兩個原子靠近的時候，都是帶負電的外殼相互碰撞，同性相斥，所以只要挨的足夠近就會彼此反彈開來，就像兩個乒乓球一樣。

以氦氣為例，

圖氦氣

氣體是由許多許多不斷快速運動著的，互相碰撞又反彈開來的原子組成，所以它表現成氣態，如果溫度上升，原子就會越動越快，互相碰撞的力道就越大，彼此就越來越遠，結果體積就會膨脹。

但是隨著溫度的降低，氦原子運動的就會越來越慢，彼此靠的越來越近，其體積就會越來越小，如果把溫度下降到足夠低，以致原子運動的如此之慢，雖然氦原子表面的負電荷分布十分均勻，但還達不到完美對稱，因此在溫度極低，原子運動極慢的情況下，原子表面負電荷不太均勻的地方，正電荷就會探出頭來，由於異性相吸，就會把旁邊的氦原子粘在一起，這樣，氣態的氦就變成了液態。對於氦氣來說，變成液態的溫度要多低呢？要僅僅比絕對零度高4.3度這麼低。

所以這裡有一個特別重要的概念，物質的形態，是和物質所處環境的溫度和壓力分不開的。

再來說液體與固體，有這樣一種情況，兩個原子互相接觸的時候，會共享對方的電子，使得彼此的電子殼層都被填滿，需要有極大的能量才能將他們分開，

例如在我們生活的地球的環境下，兩個氫原子會結合成一個氫分子，兩個氮原子會結成成一個氮分子，一個氧原子和兩個氫原子會結成一個水分子，甚至某些大分子是基於這個原理，由數百萬個原子彼此結合而成，例如組成我們身體的蛋白質和核酸等等~

像岩石啦，金屬啦，從微觀上來看，都是由於這種彼此共享電子的電磁力而緊密結合在一起，所以想像一下你用雙手把樹枝掰斷的過程，其實是花費了相當大的能量，將使木頭的原子緊密結合在一起的電磁力拆散開來的過程。進一步，如果你想掰斷一根金屬棒，可想而知需要多麼強大的能量，才能克服使金屬原子緊密相連的電磁力。

圖岩石金屬

電磁力和我們的日常生活有著緊密的聯繫，如果沒有電磁力，我們的軀體以及我們的地球就不可能保持一個整體，

此外，一切化學變化也都是由於電子從一個原子向另外一個原子轉移而引起的，例如我們對食物的消化，組織的生長，神經衝動等等，

有的電子轉移的時候會釋放出大量的能量，比如篝火，點燃汽油等等所發出的能量都來自於電磁力控制下所發生的變化。

圖篝火

2.物質密度-質量+體積

下面來討論一下物質的密度。

密度就是一定體積物體所具有的質量，例如剛剛說的氦氣，溫度上升的時候就會膨脹，密度就會下降，溫度降到極低的時候原子就會停止運動，原子彼此靠近，整體體積收縮變成液體，密度就會增加。

一般來說，質量較大的原子組成的東西，密度通常比質量較小的原子組成的東西密度要大，但是，固體的情況稍微複雜一點，例如原子量為132.91的銫元素（原子量是衡量原子重量的單位，氫原子量為1），密度為1.873克/厘米3，而原子量為63.54的銅元素，雖然原子量遠小於銫，但是密度卻高達8.95克/厘米3，這又是為啥呢？？

答案是另外的因素起到了關鍵作用:

要看這個元素原子中，電子佔了多大空間，或說電子距離原子核的遠近。

就好比，銫的原子像個籃球，而銅的原子像個空心小玻璃球，雖然單個玻璃球比籃球要輕，但是一大堆緊密結合在一起的小玻璃球要比籃球重。

自然界中天然元素原子量最重的是鈾元素，238.07，鈾的密度為18.68克/厘米3；這個密度很大了，然而並不是最大的，黃金，鉑，銥的密度比鈾都要大，說白了這幾種元素的電子離原子核的距離更近，所以密度大。

自然界元素中密度最最牛逼的，是一種叫鋨的元素。

圖片鋨

鋨的密度為驚人的22.48克/厘米3，假設你手裡有一塊2.5厘米厚，一張鈔票大的鋨金屬片，那重量大概就要有5.5公斤。。。

鋨元素十分稀有，宇舶還出了用這個元素做的手錶。

圖宇舶表

（四）下面聊聊引力

如前所述，引力是牛頓爺爺頓悟出來的，萬有引力是說任何兩個有質量的物體之間都存在的吸引力。

想像一下，你把兩個茶壺放在相隔1厘米的地方，它們之間都是存在引力的，但是為啥他們沒有吸在一起呢？？

因為引力是如此的弱小。。。引力是前述4種力中最弱的，甚至可以用弱爆了來形容。。。具體多弱呢？

一言不合就列個公式：

F（g）=Gmm』/d2

大家趕快回憶一下中學物理，F（g）是引力強度，G值是萬有引力常數，是固定的，m和m』代表兩個物體的質量，d為它們之間的距離。

給大家一個直觀的例子來說明引力與電磁力之間的差距，假設兩個物體間的引力用1克質量來表示，那麼這兩個物體間的電磁力將等於100萬個太陽的質量。

在一個原子內，電子受電磁力影響被牢牢吸引在質子近旁，而電子與質子之間的引力大概是這股電磁力的1萬億億億（此處再省略N個億）分之一。

恩。就是這麼弱，以致核物理學家在研究核力過程中根本不會考慮引力的因素，因為根本不會產生任何可測量出來的影響。

那麼為啥咱們還要繼續聊引力呢？

注意同志們，此處繼續敲黑板劃重點：

讓我們再回到這4種基本作用力，核力（強核力和弱核力），由於會隨著距離的增大而極劇減弱，所以一旦離開了原子核的範圍，就不會再考慮它的影響了。而電磁力和引力這兩種力，強度隨著距離的平方成反比（大家可以稍微再看看剛才的公式理解一下），相對於核力來講，電磁力和引力起作用的範圍已經是大大的增加了，所以才使他們可能在很遠的地方還能被感覺出來。

然而，電磁力和引力之間又存在一個非常重要的差別，即:宇宙中存在正負兩種不同的電荷，但就目前所知，只存在一種質量。

這個咋理解呢，就電磁力而言，由於電荷間同性相斥異性相吸，導致形成的物質基本都是電中性的，無論岩石，金屬，還是液體氣體，帶正負電荷粒子基本各佔一半，電磁力使物質能夠形成，同時又使組成物質的帶正負電荷粒子不太可能單獨的大規模聚集。

就整個宇宙而言，無論什麼地方，都不會出現一種電荷比另一種電荷多很多的情況，這也是為啥剛剛說的那兩個茶壺，或者是你手邊上任何兩個東西，為啥不會被電磁力吸到一塊或排斥到很遠，因為這兩個東西本身已經達到了電磁力平衡，都是電中性的。

然而對於引力，同志們，最關鍵的來了：

由於「質量」只有一種，所以宇宙間有質量的物體間都存在萬有引力，所以他們之間都只有互相吸引，而並不存在互相排斥的引力這個東西！

細思極恐，當一個力量理論上可以只增不減，這個就有一點牛逼了，從此引力就踏上了逆襲之旅！

下面，請各位起立，閉眼深吸一口氣，原地屈腿用力向上跳一下，跳的過程中拋棄以往的全部經驗，細細品味這純粹的萬有引力帶給你的全新體驗，彷彿一杯羅曼尼康帝，嚴謹，純凈，細膩，優雅，收尾又是那麼有力！

二、宇宙的組成

上次說到電磁力和引力，地球也有電磁場，地球上一個個質子和電子，都是一個個電磁場，但是他們彼此會互相抵消，因此由無數質子與電子組成的偌大一個地球的總磁場非常的小，小到只能推動一個羅盤的指針。然而引力是萬有的，雖然就單個粒子來說引力不值一提，但是隨著質量的增加引力只增不減，以致地球上的你能夠明白無誤的感覺到它，而且一不小心它還能讓你失去生命。

甚至，地球強大的引力能夠與月球的引力場發生作用，使彼此牢固的結合在一起組成一個持續億萬年之久的穩定系統。

正因為引力這種隨著質量增加只增不減的性質，使它超越了其他作用力，成為了宇宙命運的主宰。

下面我們放眼宇宙，探討一下恆星與行星，讓我們乘著友誼的小船前進！

（一）行星

1.地球的質量

眾所周知我們的地球是行星，先來探討一下地球的質量。

再回顧一下牛頓爺爺的公式：

F（g）=Gmm』/d2

F（g）是物體間引力強度，也是一個受引力影響的落體的加速度，G值是萬有引力常數， m代表下落物體的質量，m』代表地球的質量， d為它們之間的距離。

所以，只要把公式里其他未知數變成已知，自然就可以算出m』代表的地球質量，

首先，F（g）加速度（引力強度）是伽利略伯伯在十六世紀就測出來的，見你初中的物理課本：0.98米/秒2，也就是說地球上一個自由落體，每一秒的下落速度比前一秒快0.98米。

然後，G值已知，m代表下落物體的質量，把這個物體放稱上稱一下就知道了重多少克。

G值的確定，是在1777年，由法國的物理學家庫倫伯伯首先測量出來的，他發明了一個裝置叫扭稱，原理大家可以自行百度一下。

圖扭稱

但是，關於d的值，即自由落體距地球之間的距離，就要複雜一些，此時牛逼的牛頓爺爺再次登場。

牛頓爺爺曾經指出，一個物體的引力場是由集中在這個物體引力中心的全部質量所產生出的，同時，當這個物體能滿足某些對稱的形狀和特性時，這個引力中心就位於這個物體的幾何中心上。

我們所知的一切天體，幾乎都符合這個條件，幾乎都是完美的球形。意味著地球的引力中心就是地心，所以d的值就應該是從自由落體到地心的距離，如果這個物體離地面很近，這個距離基本就是地球的半徑。

地球的半徑最早是公元前240年左右，由一個希臘的地理學家埃拉托塞尼計算出來的。他是根據太陽光在地面的投影算出地球表面的曲率，再計算出地球半徑的。這個距離約為6370公里。

至此，我們需要的數據已經全部找到，經過簡單運算即可得出地球的質量。

後來，1798年英國科學家卡文迪什進一步精確了試驗測量，經過多年的不斷改進，今天我們已經可以知道地球的質量為5.965*1027克，或說約為6億億億公斤。並且，有了體積，有了質量，我們還可以知道地球的平均密度，約為5.52克/厘米3。

注意同志們，敲黑板劃重點！

計算出地球質量的重要意義在於，據此天文學家可以一步一步計算出其他天體的質量。

2.其他天體質量

例如月球，距離地球距離38萬4千公里，每隔27.3天繞地球一周，更確切的說，地球月球是繞著一個共同的引力中心在運行，只不過由於地球比月球大太多，這個引力中心的位置實際上在地球內部。這裡面還涉及到一個潮汐效應，這塊咱們後面再聊。

根據力學定理，引力和距離的平方成反比，換句話說，如果月球質量只有地球的一半，那它離開引力中心的距離就應該是地球的兩倍，如果月球質量只有地球三分之一，那它離開引力中心的距離就應該是地球的三倍等等。

經過天文學家計算，地月之間的引力中心離開月球中心的距離相當於它離開地球中心距離的81.3倍，所以月球質量就應當是地球質量的81.3分之一。

根據以上方法，天文學家們就開始馬不停蹄的計算了各種星球的質量以及密度，具體見下表：

圖行星密度

3.引力與表面引力

從表中可以看出，我們的地球，無論引力場強度還是質量，都不是名列前茅的，特別是木星，質量達到地球質量的317.9倍。那麼以木星為例，一艘距離木星中心100萬公里的飛船，所感受到的引力，比它在距離地球中心100萬公里所感受到的引力要強大317.9倍。

但是，同上，任何行星的引力場強度，都將隨著距離的平方而減弱，且減弱的程度是一樣的，所以如果這艘飛船的距離從100萬公里增加到200萬公里，那麼他感受到木星的引力就是之前的四分之一，同樣，感受到地球的引力也是先前的四分之一。

也就是說，在這種情況下，在距離引力中心相同距離的情況下，木星引力場強度仍然是地球的317.9倍。

但是，當這兩個點，這兩個距離不同的時候，情況會怎樣呢？

還拿木星和地球來舉例，木星的半徑為710000公里，是地球半徑的11倍，假設我們站木星的表面，感受到的引力與地球相比是怎樣的呢？

前面說過，引力減弱程度隨距離的平方減弱，所以和地球相比，木星表面的引力減弱程度要大11*11=121倍，

由於木星引力場強度仍然是地球的317.9倍，所以木星表面的引力場強度應該是地球表面的317.9/121=2.6倍。

也就是說，當你站在木星這個總體引力強度比地球強3百多倍的巨大星球表面，只會感覺到你的體重比以前重了2.6倍（雖然也夠難受的。。。）。

繼續敲黑板！

這裡就衍生出一個重要概念，即「表面引力」，雖然木星比地球質量大那麼多，但是由於木星密度比地球小，所以它的體積就比地球大的更多更多，所以它的表面引力只有地球表面的2.6倍，可見木星屬於「虛胖」。

各個星球的表面引力見下表：

圖表面引力

你站在木星表面量體重，是地球上的2.6倍，所以木星適合厭食症患者，土星天王星海王星跟地球差不多，金星適合微胖界選手，其餘星球適合吃貨。

大家再進一步設想一下，木星的平均密度是1.34克/厘米3，假設把木星進行壓縮，壓縮到平均密度與地球相同，即5.52克/厘米3，那麼，它的體積將是原來的四分之一，半徑約4萬4千公里，地球的半徑約6千3百公里，雖然仍然比地球大很多，但是表面引力將變為地球的7倍。

這個感覺，人呆著恐怕就不太舒服了。。。

4.逃逸速度

下面聊聊逃逸速度。

俗話說的好，飛得越高，摔的越重。

但是，假設你是超人，如果你用的勁兒足夠大，由於引力是隨著距離的平方而減弱，所以隨著初速度的增大，你上升的距離就會大大增加，直到有一個點，以致引力越來越弱，你就再也不會完全不會失去速度。

這個起碼要達到的初速度，就是逃逸速度。

地球的逃逸速度是每秒11.23公里，就是說你以這個速度從地面起飛飛離地球，你就會擺脫地心引力，你就能上天。

那太陽系其他各星球的逃逸速度是多少呢？可想而知，質量越大，引力越強的星球，逃逸速度就越大；海王星的逃逸速度是24公里/秒；土星35.2公里/秒；木星最大，60.5公里/秒

逃逸速度這個概念，又是通往黑洞的道路上的一個重要里程碑。

5.地球的組成

那麼，我們的地球到底是怎麼形成的，是由什麼東西組成的呢？

最初，宇宙中有大量的塵埃和氣體，絕大多數物質都是氫，氦，碳，氖，氧等元素，其中氫原子佔比最大，大概佔90%，所有這些元素都在一個類似旋渦的湍流中旋轉，由於原子之間的引力，雖然微弱，但是持續，所以這些小小的原子不斷聚集，隨著聚集的越來越緊密，就形成了大一點的塊體，引力也進一步隨之加大。

但是，大多數物質仍然是氣體，只有兩種元素會結成體積更大的塊狀，這就是硅和鐵。

硅原子和氧原子不斷結合，在電磁力的作用下無止境的把硅氧化合物聚集在一起，所以，這種稱為硅酸鹽的結合物就會逐漸成長為塵粒，石塊，岩石，其他的一些元素也一併進入到塊體內部，如鎂，鋁，鈣，鈉等等，這就是我們今天非常熟悉的地殼的岩石等等。

另外，鐵元素會彼此結合，也會和其他的比如鎳，鈷等元素結合成金屬塊，這些石塊和金屬塊在引力作用下又不斷結合，由於金屬更加緻密，更重，所以引力就更大，所以當一個天體形成的時候，金屬物質容易形成於天體的核心位置，而岩石等物質就圍繞在金屬核心外面組成了地殼。

此外，有許多一小塊一小塊的岩石或金屬類物質至今仍然漂浮在宇宙當中，當其中一些達到地球的引力範圍，就成了流星，進入大氣層以後未燃燒完就落到了地面的，就是隕石，一些是石隕石，一些是鐵隕石。

那些不容易被電磁力聚集在一起的氣體原子，在引力的作用下，可以聚集到星球的周圍，這就是大氣層，例如我們的地球。

月球太小，表面引力只有地球的六分之一，所以吸引不住氣體分子原子，所以月球沒有大氣層。

火星的表面引力比地球也小很多，但是火星有一層薄薄的大氣，而且，近年隨著對火星的不斷探索，也有消息稱發現了水，這是為啥呢？

答案就是最早咱們說的，環境不同。火星是由於溫度在起作用，溫度越高，原子分子運動速度就越快，越不容易被引力捕獲；溫度越低，原子分子運動速度就越慢，越容易被引力捕獲；火星平均表面溫度只有20度，所以一些輕的原子分子可以被火星的引力捕獲。

最好的例子是土星最大的衛星土衛六，也就是前一段話題性很熱的「泰坦」，被認為有可能有其他生命形式存在，它的表面引力還不到火星的一半，但是它的表面均溫大約是零下180度，所以它的大氣層甚至和地球一樣濃密。

下面重點又來了~

地球的環境，以及引力場的強度，足以把二氧化碳吸住，因為二氧化碳的總原子量（原子量就是衡量原子重量的單位）是44，也足以把氧氣吸住，因為氧氣由2個氧原子組成，總的原子量是32，氮氣也能被吸住，它的總原子量是28，但是氦和氫卻吸不住，因為它們的原子量分別是4和2，最直觀的例子就是氫氣球。

那麼假設一個星球的質量足夠大，引力就足夠大，大到能把氦和氫都吸過來的程度，那會咋樣呢？

之前說過，氫是宇宙中最最普遍的物質，這樣就會導致這顆星球像滾雪球一樣越來越大，質量就會越來越大，引力就會越來越強，結果它進一步捕獲氫和氦的能力就會越來越強。

再說回地球的內部，我們今天可以知道，地球內部是炙熱的，處於極高壓力和溫度的狀態當中，地球內部的熱量主要來源於三部分，分別為地球形成時的餘熱，地球與太陽月球其他行星等天體之間的潮汐摩擦加熱，以及放射性元素的衰變產生的熱量。

當最初地球形成的時候，無數微粒，灰塵，石塊，金屬塊互相聚集，撞擊在一起，溫度就會上升，體積越來越大，引力就會產生加速運動，導致形成的體積會更大，這些較大的塊體，和正在形成的星球撞擊，就會形成隕石坑，像今天我們看到月球，水星等等星球，表面隕石坑密布，而我們的地球由於億萬年流水的沖刷以及生物的活動，所以已經基本看不到這些痕迹了。

然而這些不斷的撞擊，將動能轉化為熱能，積累在地球內部，並且，地球的組成元素中含有少量的放射性元素，在這數十億年當中，這些元素會緩慢的發生裂變並釋放出能量。

那麼地球的內部究竟有多熱呢？研究表明地心的溫度高達6千度以上，剛剛提到地核由金屬組成，實際上地球的核心由鐵鎳混合物組成，佔比大約9比1，這種高溫狀態足以將鐵鎳融化，因此，地核應該呈流體狀態，只不過不同於我們平時概念的流體，可能是更像是像膏體狀的鋼鐵。

同時，由於引力的作用，地表的岩石被拉向他下面更深的岩層，而這些岩層本身又會連同加在它身上的壓力拉向地心的方向，在地球表面，大氣層被引力向下拉而形成的壓力，就是我們每天都在相處的大氣壓。

水比空氣重的多，所以在海底最深處約有1千個大氣壓的壓力，而岩石更重，當然壓力更大，並且它還負擔了加在它上面的全部壓力，在地球內部2公里的位置，壓力就達到一百萬個大氣壓，進一步在地心，壓力可以高達360萬個大氣壓，所以地核的平均密度高達12.9克/厘米3

6.其他星球的組成

那麼，比地球大的多的木星又是什麼樣子呢？

可想而知，木星作為比地球大得多的行星，在形成過程中必然接受了比地球大的多撞擊以及動能的積累，並且，由於巨大的引力的作用，在木星的核心一定也承受著比地心大得多的溫度以及壓力。

早期的飛船先驅者10號和11號曾經飛過離木星很近的地方，並作出了分析，木星的半徑約7萬多公里，在下降到木星雲層以下3千公里左右的時候，溫度就已經達到大約1萬度。

在木星的中心，平均溫度高達5萬4千度（核心溫度更高），相當於太陽表面溫度的9倍，壓力高達1千萬個大氣壓。

7.電磁力vs引力

那是什麼樣的情況，使得小到地球，大到木星這樣的行星內部的物質，能夠經受住如此巨大的壓力呢？

舉個簡單的栗子。

大家從手邊隨便拿一件東西，比如一本書，把它放在你面前的桌子或者隨便什麼硬的東西上，然後大家想像一下，這本書和你自己以及周圍的一切東西一樣，都受到方向來自地心的萬有引力的吸引，如果沒有受到桌面的阻擋，它就會在引力作用下一直下墜，如果沒有任何的阻擋，它就會一直下墜到地心去。

然而，桌子把書擋住了，然後地板又把桌子擋住了。。。以此類推。

因為書和桌子表面都是由原子組成，他們外面都是電子殼層，也就是說，任何物體都有一個電子錶面，兩個同性的電子錶面會互斥，就是互相排斥。

而和引力相比，導致這種排斥的原子間的電磁力是如此之強大，以致無論是書本，還是桌子，還是大樓，它們受到的引力都不足以戰勝處於它們下面的那層電子錶面的強大電磁力，從而達到了一種平衡。

再進一步，假設你在這本書上再增加一個重量，比如一本更厚的書，直到達到一個足夠的重量，然後下面的桌子表面就會從一個電磁力相對脆弱的點破裂開來。

現在咱們來看看地心的情況。

液體和固體在一般情況下是不可壓縮的，因為組成它們的原子已經一個貼著一個挨到一起了，並不會像壓縮氣體那樣，通過排擠掉氣體原子間的空間來獲得更小的體積，所以像液壓機那樣的機器在地表可以正常工作。

然而在地心，在極高的壓力之下，一個挨著一個的鐵和鎳的原子會怎樣呢？

讓我們回想一下最初聊到的原子的結構，是一個像乒乓球一樣的中空的結構，原子核處於正中心，外層是電子殼層。

圖原子

在地心這樣極高的壓力條件下，這些電子甚至被向內擠壓進去了一段距離，這個距離有多長呢？相當於電子到原子核中心距離的15%。

大家想想，這些處於地心的原子的電磁力僅僅屈服了15%的程度，所產生的向外的推力，就足以承受住地球全部質量產生的引力，事實再一次證明，和引力相比，電磁力是多麼的強大！

下面請各位起立，閉上眼睛深吸一口氣，心中排除一切雜念，原地抬腳用力往下跺，想像著要跺穿你家地板，征服地板表面那一層電子殼層。

然後，請仔細感受下一刻從你腳不丫子傳來的那陣陣疼痛，細細品味這強大的電磁力帶給你的全新感受，彷彿一杯來自艾雷島的原桶強度威士忌一般，渾厚，強勁，又不失凜冽。

圖威士忌

大爆炸

下面在說恆星之前，先聊聊大爆炸。

大家都知道，在光譜裡面，紅光的波長長，紫光的波長短，通過對恆星光譜的研究，我們就可以知道某一顆恆星到底是在背離我們越來越遠，還是朝著我們越來越近，如果恆星光譜線朝著紅端移動（紅移），那麼這顆恆星就正在遠離我們，如果朝著紫端移動（紫移），那它就在向我們接近，所以，當最初科學家研究宇宙的時候，假設宇宙是恆久遠的，沒有始沒有終的，那麼，就應當有一些恆星向著我們而來，另外一些恆星背離我們而去，紅移和紫移的量應該是差不多的，然而當天文學家觀察宇宙間恆星，特別是銀河外其他星系的時候，卻發現除了少數幾個離我們很近的星系以外，其他的星系幾乎都展現出紅移現象，並且，距離越遠，紅移量越大。

1929年，美國天文學家哈勃提出了哈勃定律的定則，一個星系退行的速度與該星系離我們的距離成正比。就是說，星系A的退行速度是星系B的5倍，那麼星系A離我們的距離就是星系B離我們距離的5倍。

這也就是說，在宇宙的尺度上，幾乎所有的星系，隨著時間的流逝，都在彼此互相遠離。

那麼，假設把時間往回倒，這些星系就必然會彼此接近，直到時間倒退到某一個點，宇宙中所有的星系，所有的物質，必定倒退回同一個點上。

而這個時間點，通過計算星系遠離我們的速度，是可以算出來的，現在普遍認為這個點是150億年前左右。

所以，我們現在的宇宙，宇宙間這些星系，包括我們的銀河系，太陽系，我們的地球，都是150億年前那次大爆炸的產物，並且，我們現在仍然處在這個過程當中。

當然，現在對於宇宙的觀點仍然存在這許多爭論，這就留待未來科學家們的進一步探索，再來重新認識我們的宇宙。

（二）恆星

下面說回恆星

根據之前的論述，我們可以看到，所有的天體，只要它的大小不超過木星，因有強大的電磁力的存在，都會保持穩定的狀態，這種穩定，只要沒有外力的干擾，都會保持一種永久的平衡。

1.質量情況

讓我們來看看太陽的情況：

木星比地球大多少倍，太陽就比木星大多少倍。太陽直徑1百40萬公里，相當於木星的9.7倍，也就是說，幾乎要有10個木星挨著排起來，才能有太陽的寬度。木星的質量是地球的317.9倍，而太陽的質量是木星的1049倍。

實際上，和任何行星相比，太陽都是巨大的。由於質量巨大，太陽表面的引力要比地球大28倍，要比木星大10.6倍。

太陽表面的逃逸速度是617公里/秒，是地球逃逸速度的55倍，是木星的10.2倍。地球距離太陽約1.5萬公里，即便在這個位置上，想要逃離太陽的引力掌控，逃逸速度也高達40公里/秒，也就是說，我們從地球上發射一顆人造衛星到太陽系其他行星上去的時候，它也未必能逃離太陽的掌控。

然而，太陽作為一個恆星，和地球，木星等等這類行星還存在著更重要的差別——

恆星憑自己發出燦爛的光芒，而行星則不行。

2.能量來源

那麼太陽如此強大的能量來源，是從哪裡獲得的呢？

這就要回到咱們最早提到的宇宙間另外一股力量，核力。也就是存在於原子核內部，那股能把強大的電磁力都束縛在一起的力量。

我們知道地球核心的溫度與壓力，在引力的作用下是極高的，然後，隨著物質的進一步堆積，那些更大更重的行星，也必定有溫度更高壓力更大的核心，就像木星。

那如果隨著隕石與小行星的進一步撞擊，引力進一步的疊加，導致更多更重的物質堆積起來，形成更大更重的星球，結果會怎麼樣呢？

在地球核心，那些原子就像一個個大力神，肩負起承擔地球重量的重任，

圖大力神

但即便是它們，也有破裂的點。

比木星質量大1千倍的太陽，在引力不斷疊加的向內的壓力下，其核心可達100億個大氣壓，這種壓力已經超過了原子可以保持完整的限度，

注意，重點來了！注意，重點來了！

也就是說，物質的堆積導致引力的疊加，更大的引力會吸引更多的物質，導致引力進一步增大，最終使引力強度增大到戰勝電磁力的程度，使得原子終於屈服。

在太陽中心，那些原子的電子殼層被無情的壓碎了，電子們被推擠到一起形成了一種電子漿，這種電子漿的密度顯然比一堆原子擠在一起的時候要大更多，所以，他們之間的電磁推斥力將進一步增大，因此電子漿所能承受的壓力要比原子更大。

但是，由於原子核如此之小，即便在電子漿內部，那些原子核仍然能自由的移動，只不過它們彼此會靠的更近，而且運動速度會更快。

通過對太陽光譜的分析，現在我們可知，組成太陽的材料90%為氫原子，也就是說，在太陽內部，解放了的氫原子核在密密麻麻的環境里高速移動，這就意味著他們會以極大的力量互相碰撞，使它們會不時合併到一起，4個氫核的質子會結合成1個氦核。

恩。。看著眼熟嗎？沒錯，這個就是氫核聚變。它的熱核反應劇烈的釋放出了核力。

圖氫彈爆炸

通過以上論述，我們終於了解了恆星和行星的本質差別：質量。

在行星上，原子被引力向內壓縮，但是電磁力抵抗住了這種壓縮，所以使行星保持完整，特別是這種平衡剛好使地球引力能捕獲了大氣層，又使溫度適宜，才使你能在地球上撒歡兒的生活；

圖片地球

但是隨著星球質量的進一步增加，引力的進一步增強，核心壓力進一步增大，大到電磁力徹底屈服的時候，原子就會被壓碎變成原子彈，這種巨型核爆產生的極高溫度與膨脹推力（之前說過的熱脹冷縮），會將星球點燃變成一顆恆星，發出太陽那樣燦爛的光輝。

圖片太陽

而這個過程中，一定存在一個臨界質量，一旦達到這個質量，天體就會被點燃成一顆恆星，且這個臨界質量必定處於木星質量到太陽質量之間。

到此為止，可以說，我們距離這次旅行的終點黑洞，已經又近一步，讓我們乘著友誼的小飛船，跟隨引力的步伐繼續前進。

3.紅巨星

太陽公公每一秒鐘都會把6百億公斤的氫轉化成596億公斤的氦，來為我們提供生存所必須的能量，幸好太陽上的氫足夠多，剩餘的也足夠我們繼續造50到80億年，然而，在這之後將發生什麼呢？

當太陽用完了全部的氫原子，並且在核心聚集起足夠的氦原子，它的核心將隨著較重的原子核越來越集中在引力場內部而進一步收縮，結果這個核心就會越來越緻密越來越熱，最後它炙熱的程度將會急劇的上升，熱脹冷縮，從而會迫使太陽的外部區域發生極度的膨脹。

太陽到這個階段，表面的部分就會膨脹到巨大，大到超過地球的軌道，那個時候就是地球必然的末日。

這個膨脹出去的外殼，隨著面積的擴大溫度不斷降低，將不會超過2500度，這時候所發出的光呈紅顏色，一顆恆星生命歷程到這一階段，就叫紅巨星。

圖紅巨星

4.白矮星

再回到太陽那個更加炙熱的核心，那些以往從氫核聚變而來的氦原子，在這更高的溫度壓力下，將進一步聚變成更大的原子，直到最終聚變為26個質子和30個中子所組成的鐵原子，而從氦一步步聚變為鐵原子所獲得的總能量，只相當於從氫聚變到氦的總能量的6%。而且一旦聚變為鐵原子，事情就到頭了。

這裡先賣個關子，把時間退回1838年，有一個德國天文學家名叫貝塞爾，他剛剛成功測量出了一顆名叫天鵝座61的暗星距離地球的距離，約為15萬億公里，

光速大約每秒30萬公里，需11年才能走完，也就是說這顆星距地球的距離有11光年。

然後，他繼續開始測量天狼星到地球的距離，天狼星是我們肉眼能看到的天空中除太陽外，最亮的一顆恆星，

圖天狼星位置

他在日以繼夜的觀察中，發現了一個令人困惑的問題，天狼星彷彿是一顆不斷在擺動的恆星，好像是自己繞著一個橢圓的軌道在運行，運行周期為50年左右，能使一顆巨大的恆星按照軌道運轉，那在它近旁必然存在另外一顆巨大質量的恆星。

但是，和地球繞太陽運行不同，這個橢圓軌道裡面看不到其他的東西，所以只能推測在天狼星旁邊存在一顆很暗很暗的星星，於是就把它命名為暗伴星—天狼星B。

隨後的許多年，科學家們又陸續發現了許多存在暗伴星的恆星。

後來到了1915年，美國科學家亞當斯終於捕捉到了天狼星B，天狼星（現在叫天狼星A）的表面溫度為1萬度，天狼星B的表面溫度也高達8000度，然而天王星B的體積卻小的不正常，它的直徑只相當於地球直徑的3.7倍。

天狼星A的質量約為太陽的2.4倍，根據它的運轉軌道計算，天狼星B的質量必須達到幾乎像太陽那麼大，才能維持它們之間那個橢圓的運轉軌道，這就有點像一個一頭大一頭小點的啞鈴，把中間繫上一根線，讓啞鈴轉動起來，系線的位置就是它們的引力中心。

也就是說，要把幾乎像太陽那麼大的質量，壓縮到天狼星B那麼小的一個體積裡面去。這意味著它的平均密度將達到3萬5千克/厘米3，比地球核心大3千倍，比太陽核心大350倍。

現在，讓我們回到太陽，回到太陽的紅巨星階段，一旦它的能量耗盡，它就不能再通過熱核反應獲得的熱量膨脹，它就開始走向膨脹的反方向——收縮。

接下來稍微有一點繞，大家別太較真，因我也不是這個專業的，試著敘述一下這個過程，大家多包涵哈。

大家知道1個氫原子是由一個帶有正電荷的質子原子核，和一個帶有負電荷的電子與之平衡組成的，隨著聚變，4個氫核聚變為1個氦核，而氦核是由2個質子和2個不帶電荷的中子組成，也就是說其中2個質子轉變成了中子，所以，當太陽上的氫全部聚變成氦的時候，我們可知，有一半的質子都轉變成了中子，接下來，氦繼續一步步聚變成了鐵，在這個過程中又轉化出很少一部分中子，到最後，恆星將由45%的質子和55%的中子組成。

那麼那個時候電子又咋樣了呢？

當一個帶正電的質子轉化成一個不帶電的中子的時候，這個正電荷是不會自己消失的，它會帶著一點點質量飛離這個質子，這一點點帶正電的質量，剛好形成一種和帶負電的電子相反的粒子，叫做正子，當正子碰到了無所不在的電子的時候，就會發生質量的湮滅，它們就會轉化成即無質量，又不帶電的γ伽馬射線。

這個原理，甚至已經被聰明的人類用在了生活中，請大家自行百度一下PET，一種類似於CT的正子掃描儀。

圖 PET1,2

太陽作為一個恆星而存在整個過程中，會有差不多一半的電子走向這個命運。留下的一半，將和剩餘的那一半質子保持平衡。

但是，當太陽渡過了紅巨星階段，燃燒完畢，核心開始收縮的時候，仍然保存了它自身幾乎98%的質量，天狼星B的質量幾乎和太陽差不多，但是體積只有太陽27000分之一，所以整個天狼星B幾乎可以看成是一團濃縮的電子漿糊，

我們的太陽，乃至宇宙間像太陽大小的所有恆星，最終也會在自身引力的作用下坍縮到達這個結局，這個階段就叫做白矮星。

圖白矮星

一顆白矮星剛剛形成的時候，表面的溫度可以高達10萬度，但是隨著它不斷的散熱，溫度降逐漸降低，現在觀測到一些老年的白矮星，表面溫度只有幾千度。

一顆像太陽一樣的恆星一旦失熱，它將不可避免的坍縮，這是因為已經沒有足夠的核能提供熱量，以對抗引力引起的收縮，但是，一旦形成白矮星，它就不會受到進一步失去熱量的影響，因為白矮星是一團電子漿糊，電子已經緊貼上彼此了，所以它靠的是受到擠壓的電子間的推力（電子簡併力）來保持完整的。

5.黑矮星

白矮星繼續失去熱量，慢慢也不再會發光發熱，它的表面將會逐漸冷卻，直至下降到宇宙的平均溫度，它就將變成一顆黑矮星。這個過程是如此漫長，以至於整個宇宙演化到現在，還沒有出現任何一顆黑矮星。

至此，我們已經了解了2種可以說是永恆的天體，一類是行星，一類是黑矮星。

下面，咱們友誼的小船繼續沿著引力的軌跡前進。

6.中子星

現在把時間倒退一千年，我國正值北宋時期，公元1054年，也就是宋仁宗致和元年，發生了一件極為壯觀的天文大事，當時，天空中忽然莫名出現了一顆極度耀眼的星星，在古代，這種忽然出現的星星被稱作「客星」，留存到現在的宋代文獻里很多都有記載，如《宋史》、《續資治通鑒長編》、《宋會要》等等。

《宋會要》卷五十二中記載：至和元年七月二十二日（這個日子就是1054年7月4日），守將作監致仕楊維德言：伏睹客星出現，其星上微有光彩，黃色。謹案《黃帝掌握占》云：客星不犯畢，明盛者，主國有大賢。乞付史館，容百官稱賀。詔送史館。嘉祐元年三月，司天監言：客星沒，客去之兆也。初，至和元年五月，晨出東方，守天關，晝見如太白，芒角四齣，色赤白，凡見二十三日。

當時主管占星的部門給出的解釋是「客星不犯畢，明盛者，主國有大賢」，意思是客星雖亮，但是影響不到畢星宿，所以國家明盛，還會有大賢之人出現。

這裡的「畢」是指畢宿，而畢宿是皇帝祭祀必須要祭拜的星宿，可見它對於一個國家的意義。

那當時這顆忽然出現的星星有多亮呢？恩，亮到大白天都能看見的程度！！而且維持了23天才變暗，過了差不多2年的時間才徹底消失不見。

現在經過測算，當時這顆星星的亮度，在夜空中有滿月那麼明亮！！甚至在沒有月亮的情況下，它能在夜裡讓物體投射出一個可以看得見的影子！

有沒有一點囂張？！！

那當時的這顆「客星」到底是個啥呢？我們先來看個圖片

圖蟹狀星雲

這張圖拍攝的是蟹狀星雲，經過多年的研究發現，這個蟹狀星雲就是當年那次閃亮的大爆炸的殘留物，並且，它外面的這層氣殼至今還在以每秒1000公里的速度向外擴散！

1054年那次明亮的閃光，就發生在這個蟹狀星雲的中央。目前，蟹狀星雲的寬度大概6光年寬，擴散出的這部分氣體的質量就達到太陽質量的十分之一，這得是多麼猛烈的一次大爆炸啊！

這種天文事件，就是我們常常聽說的「超新星爆發」。很顯然，超新星爆發是一顆體積和質量都特別巨大的恆星上的一次大爆發。

現在，要登場的是一位美籍華裔天文學家，邱宏義。

先八卦一下，這位邱先生不僅是一位牛逼的天文學家，還是一位科幻作家和一位相當不賴的廚師。

他的解釋是，當恆星內部發生大規模核反應的時候，會發射出兩種不具有質量的粒子，一類是光子，一類是中微子；光子很容易被物質吸收，而中微子不會，凡是以中微子的形式釋放出的能量，幾乎立刻就能從恆星上釋放出去，在普通的恆星上面，能通過中微子釋放出的能量是很小的，例如我們的太陽，但是，當溫度上升到極高的程度，比如攝氏60億度高溫下發生的核反應，將會形成巨大量的中微子。

目前，太陽內部的溫度大約有1500萬度，而且任何情況下都不可能達到60億度，但是，那些質量特別特別大的恆星，將會達到這種高溫，當達到這樣的溫度時，大量的中微子突然形成，這些中微子就會在數秒內迅速離開這顆恆星，並且帶走大部分能量，以致恆星內核會在幾分鐘之內突然變冷，導致該恆星會飛快的向內坍縮，

可由於恆星的外殼溫度較低，所以那裡還保存著大量恆星賴以生存的氫元素，當這種不可抗拒的爆聚來臨的時候，這些剩下的氫燃料將瞬間被氫核聚變全部點燃。

這就是為啥超新星爆發會如此劇烈，以致可以照亮整個星系。

PS：所以說同志們，以後搞對象別再說什麼你是我心中的太陽了，太陽這點亮兒算屁。你得說，你美的簡直就像超新星爆發，能讓宇宙間所有的太陽留下陰影！（我是不是應該寫詩去。。）

回歸正題，這種超級尺度的大爆炸會發生兩件事情，第一是這種大爆炸會形成更複雜的原子，甚至比鐵原子還複雜好幾倍的原子，第二是通過這樣規模的爆炸，恆星能夠把這些複雜的原子都爆炸出去，然後，由於能量耗盡，這個恆星剩餘的星核，就會繼續坍縮成一顆上面說過的白矮星。

從宇宙大爆炸開始形成的第一代恆星，基本都是以氫和氦為主的恆星，而像我們太陽這樣的第二代恆星，則包含少量被第一代超新星爆發炸出來的複雜原子核，所以我們的地球也具有這些複雜的原子核，如果不是這些比氫和氦更複雜的原子的存在，生命是不會出現的。

可以說，組成我們身體的所有原子，除了氫以外，都曾是超新星爆發的一部分！！

恩。。剛才的詩還能加上一句：讓我在你的光芒里重生！（看來我得出詩集了）

現在，我們可以靜靜的思考一下我們人類，和地球，和太陽，和那些巨大的星系，乃至整個宇宙之間的關係。

那麼，接下來會怎麼樣呢？咱們乘著友誼的小船繼續出發。

之前說過，我們的太陽，乃至大多數恆星，最終都會經過紅巨星階段，能量耗盡以後，就會坍縮成白矮星，最終的結局就是穩定的黑矮星。

而那些質量特別大的恆星，像足以引發超新星爆炸那樣大的恆星，在爆炸以後，它剩餘的星核就也會坍縮成一顆白矮星進而變成黑矮星。

那有沒有這樣一種可能，有一顆更加更加巨大的恆星，在它變成超新星爆發並耗盡氫燃料以後，剩餘的星核的質量仍然特別巨大，甚至比現在咱們太陽現在的質量還大好多的情況，以至於它坍縮成白矮星的階段後，巨大的引力還發揮著作用，使被壓縮到一起的這團白矮星電子漿糊都受不了的程度，那會怎樣呢？

同志們，咱們先複習一下，由於引力是隨質量不斷疊加的，質量越大，引力就越大，電子漿糊受到的壓縮力就越大，這種情況下電子將被迫向里再運動，本來，在白矮星的電子漿糊里，仍然是有足夠的空間讓質子和中子自由跑來跑去的，可是現在，電子則和質子相結合成附加的中子。

我們之前聊過，無論是一粒灰塵，還是一顆恆星，電子和質子的數量是大體相等的，這種結合，最後必然導致這顆星球最終坍縮成幾乎全部由中子組成。

這就是中子星，這團中子漿糊也叫「中子素」。

恩，都是質量和引力惹的禍......

它必定體積更小，密度更大。

舉個形象點的例子，假設把整個地球在不失去質量的情況下，變成一顆中子星，那麼它的直徑只有127米。如果把太陽也做相同的操作，那麼它的直徑只有14公里。

那麼，大家可以發現，在白矮星到中子星之間，是有一個質量的界限的。

一位閃亮的老爺爺現在登場！

錢德拉賽卡，一位1910年出生在印度的美籍天文學家發現，一旦一個處於坍縮中的恆星，質量超過1.4倍太陽的質量，它就會不可避免的坍縮成一顆中子星。也就是說，任何一顆白矮星的質量都不會超過1.4倍太陽質量。

中子星是如何發現的呢？這段很有意思，大家可以聽聽~

一位閃亮的老奶奶現在登場！

約瑟琳·貝爾（Jocelyn Bell Burnell）。她是脈衝星科學之母。

圖貝爾

1967年，還是一位年輕研究生的她，來到劍橋大學天文台工作，不久之後她探測到牽牛星和織女星之間的某處發生了微波爆發（又可以作詩了），爆發的頻率如此之快，以致開始她以為是附近電力設備的干擾，後來她發現這個信號源每晚都會隨著星星的移動而移動，所以一定是地球以外的現象，她就將這個觀測結果迅速報告了導師休伊什。

經過研究發現這是一顆正在「脈動的恆星」也就是脈衝星，它極有可能就是中子星。

一顆剛剛形成的中子星，轉速是極快的，大家可以想像一下花樣滑冰運動員在冰面上旋轉，當他把雙臂收回來的時候，就會旋轉的飛快。

中子星就是這個樣子，由於體積的急劇減小，轉速會急劇增加，並且，由於一個天體的磁極和自轉極不一定在一個平面上（地球就是如此），所以當自轉極快的時候，電磁波就會產生脈動。

Bell奶奶發現的這第一顆脈衝星（後被認為是中子星），編號為CP 1919。

不過後來，她的導師休伊十卻因此獲得諾貝爾獎，而貝爾卻被排除在外。這次事件在國際上引起了軒然大波，認為諾獎委員會不公平，後來兩名來自普林斯頓大學的天文學家泰勒（J.Taylor）和赫爾斯（R.Hulse）首次發現了脈衝星雙星系統，並因此獲得了1993年度諾貝爾物理學獎，諾獎委員會特意邀請貝爾奶奶進行了頒獎，以示彌補。

CP 1919這顆脈衝星不僅是天文學的重大發現，而且在後來的流行文化史上留下了重要一筆！

來看看這顆脈衝星的頻譜圖片：

圖脈衝星頻譜

大家眼熟嗎？

在發現CP 1919兩年以後，4個年輕人在英國成立了一支後朋克樂隊「華沙樂隊」（Warsaw），但馬上就發現有另一隻名為Warsaw Pakt的樂隊，幾乎重名，於是他們1978年初改名為Joy Division，中文譯為「快樂小分隊」或者「享受分裂」——實際上Joy Division一詞來自1955年的小說House of Dolls中對納粹集中營中的性奴「慰安所」的稱呼。

1979年，他們發行了首張唱片。然而不久，樂隊成員Ian Curtis因飽受壓力和抑鬱症的困擾，自殺身亡。在Curtis死後，樂隊僅繼續發行了一張唱片Closer作為紀念，便再度更名。這使得Joy Division僅存在兩年多便成為歷史。

唯幸，樂隊首張唱片UnknownPleasures被視為後朋克風格的開山之作，就是這張：

圖 Unknown Pleasures

再後來就成了文化現象：

圖 U1-7

友誼的小船繼續起航！

還記得最早聊的逃逸速度么？

快速複習一下：地球的逃逸速度11.2公里/秒，木星逃逸速度60.5公里/秒，太陽逃逸速度617公里/秒，天狼星B（白矮星）逃逸速度3400公里/秒，

那中子星呢？

答案是20萬公里/秒。

同志們，有沒有一點眼熟，光速是30萬公里每秒，這可是光速三分之二的速度啊！！！！！！！

這個就有一點牛逼了，也就是說，連一束光經過中子星旁邊，都要拐一個拋物線那麼大的彎才能過去。

引力就是這麼牛逼。

另外，咱們之前聊過，引力的強度和距離的平方成反比，所以實際上一個人站在地球上，他的腳和頭頂之間的引力是不同的，這種物體上下兩端的引力差就是潮汐效應。

潮汐效應是與距離的立方成反比變化的。

但是由於地球的半徑遠遠比人的身高要長太多，所以這個引力差幾乎可以忽略不計，人在地球上所受到的潮汐效應大概有多少呢？大概有差不多4滴水的重量，將你的頭和腳往相反的方向拉伸。

那麼假設我們站在太陽表面，太陽表面引力相當於地球表面的28倍，但由於太陽半徑比地球大的更多，所以實際上太陽表面潮汐效應只相當於地球表面的四分之一。

現在來看天狼星B，它的質量和太陽差不多，但是作為一顆白矮星，它的直徑只有太陽的三十分之一，也就是說，如果你現在站在天狼星B表面，你受到的潮汐效應該是30*30*30=太陽潮汐效應的2萬7千倍，是地球潮汐效應的差不多7千倍，換算出來相當於有一個0.5公斤的力將你拉開。。。恩，也沒啥大不了的~

好了，來看看中子星。

如果我們把太陽壓縮成一顆中子星，那麼它的直徑就是剛才說過的14公里，它的引力中心到表面的距離將只相當於太陽的10萬分之一，那麼潮汐效應將是10萬*10*萬*10萬倍於太陽，也就是地球潮汐效應的250萬億倍。

假設你能受得了中子星上的溫度和強大的引力而站在它表面，那你將被一個180億公斤的力量向兩頭捋直！！！！！！

恩，瞬間瘦成一條線，就是這麼酸爽。

友誼的小船繼續前進！

7.下一站是啥？

中子星上這團中子漿糊，還能經受的住超過錢德拉賽卡極限的重量，但是核力也不是無限大的，甚至連中子漿也沒法經受的住無止境增大的質量。

這個轉折點叫奧本海默極限，是3.2倍太陽質量。

也就是說，任何一個正在收縮的恆星，一旦它的質量超過3.2倍太陽質量的時候，它就不會止步於成為一顆中子星，而會繼續坍縮下去。

那這次又會坍縮到哪裡為止呢？

答案現在揭曉，

答案就是：

沒

有

終

點。。。。。。

恩，是的同志們，友誼的小船戛然而止。

請快速回憶一下，中子星的逃逸速度，大約是光速的三分之二，而如果一個星核從中子星繼續無止境的坍縮下去，那麼它的半徑（也就是F（g）=Gmm』/d2引力公式里的d）將繼續減小，質量不變，更小的半徑意味著更大的逃逸速度，直到它的逃逸速度等於或超過光速！！！！！！

一個天體一旦出現這種情況，它的半徑就稱作史瓦西半徑，它的中心就稱作史瓦西奇點。假設把我們的太陽進行壓縮，如果它坍縮到越過中子壁壘，它的史瓦西半徑將是3公里。

現在，我們面前的就是——

黑

洞

黑洞咋理解呢，任何具有質量的物體，都不可能以光速或超過光速運動，也就是說，一個天體一旦坍縮到半徑等於或小於史瓦西半徑，那麼任何落到它上面的具有質量的物體，都再也無法逃逸出去。

甚至連光或者與光類似的輻射也不可以。

可前面聊過，光子沒有質量，那為啥還跑不出去呢？

根據愛因斯坦的廣義相對論，凡是反抗重力而上升的光，都會損失一部分能量而發生愛因斯坦紅移，那這樣的天體所發出的光，就會失去它的全部能量而發生無限紅移！！！！！

圖月讀

這樣一個像漆黑的無底洞一樣的星體，天文學家就把它命名為「黑洞」。

圖黑洞

上圖這個黑洞想像圖，是電影《星際穿越》里的截圖，這個模型是科學家們花電影預算而計算出來的！！應該是迄今為止最為接近的假想圖！！

為了獎勵有耐心的小朋友，我已經把一個黑洞傳送到你電腦的瀏覽器里，不信你可以現在用電腦打開百度，輸入黑洞兩個字試試。

最後，在我們友誼的小船駛向黑洞的時候，會發生什麼呢？

下面的都是猜測：

根據愛因斯坦的理論，隨著引力不斷增大，時間會逐漸變慢，假設我們的小船在接近黑洞之前不會被潮汐效應扯碎，假設我們能不怕高溫和輻射並且還有意識，對於外界的觀察者，在我們快靠近史瓦西半徑的時候，會看到我們變的越來越慢，越來越暗，直至停止到史瓦西半徑上完全看不見，對於船里的我們，將不會感覺到時間的變化，但是前面的距離將永遠不停的延長。

在這個時候，請大家深吸一口氣，回顧一下我們整個旅程——

在大爆炸之後，微小的粒子在引力的作用下不斷結合~

隨著質量的增長，引力越來越大，進而捕獲更多的質量，形成了行星~

行星質量到達一定程度，核心物質在引力疊加的壓力下開始核聚變，行星被點燃成一顆恆星，最後燃料用盡，坍縮成白矮星，最終的結局是黑矮星。

那些質量更大的恆星，大到足以引發超新星爆發，爆發後坍縮的內核超過1.4倍太陽質量，就不可避免的坍縮成中子星。

而坍縮的內核一旦超過3.2倍太陽質量，引力最終就會獲得全面勝利。

圖康德