張承民 |
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那么,50億年后,當(dāng)太陽的氫元素燃燒殆盡,轉(zhuǎn)化成氦原子,再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成更重的元素,耗盡其所有能源,太陽將會變成什么?據(jù)科學(xué)家推算,太陽最終將坍縮成一顆白矮星,其質(zhì)量大約為0.6個太陽的質(zhì)量,而幾乎收縮到地球那么大。那么,其密度之大難以想象。舉例說,乒乓球大小的白矮星物質(zhì)相當(dāng)于100噸的重量!
那么問題又來了,太陽變?yōu)榘装呛?,?nèi)部核能源消耗殆盡,是什么力量支撐其穩(wěn)定?首先,白矮星表面重力約相當(dāng)于地球表面的30萬倍,在如此巨大的壓力之下,原子被壓碎,電子將脫離原子核,成為自由移動的電子??梢韵胂?,整個白矮星好比一個大原子,這時電子呈自由氣體狀態(tài)。我們將這種狀態(tài)叫做“電子簡并”。每個電子互相排斥,它們占據(jù)不同能態(tài),產(chǎn)生巨大排斥壓力;這種電子簡并壓力與白矮星強大的引力抗衡,支撐白矮星的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
太陽是幸運的,可以變成白矮星。但是,有些比太陽大得多的恒星變?yōu)榘装侵?,還可能繼續(xù)演變。當(dāng)其演變成的白矮星質(zhì)量增大到1.44個太陽質(zhì)量時,電子簡并壓力就無法抵擋住白矮星自身的引力收縮;這時,白矮星就會坍縮成密度更高的致密星體——中子星。這是美國物理學(xué)家錢德拉塞卡發(fā)現(xiàn)的。他本人因此獲得諾貝爾物理學(xué)獎。
接下來,當(dāng)這些比較大的白矮星變成中子星之后,其電子被壓入原子核,與質(zhì)子結(jié)合成中子,這也類似于電子簡并;全部中子好比一個大原子核,中子的排斥力頂住簡并壓力,阻止星體塌縮。不過,中子星質(zhì)量也存在上限,當(dāng)這個值達(dá)到3.2個太陽質(zhì)量時,中子星將塌縮成為黑洞。
宇宙中恒星的終結(jié)命運居然掌握在電子和中子之手。雖然,電子和中子微小而力量單薄,但大量粒子聚集起來就可以抵擋致密星體的塌縮。
宇宙雖然浩瀚,但其基本形態(tài)很相似,那就是存在一個普適的定律——量子規(guī)則和相對論定律,它支配和造就了天體的形態(tài)。
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