首先宣布答案:不會。
太陽是一種恒星,恒星有點(diǎn)像有生命的個(gè)體,也會有從出生,壯年到死亡的演化歷程。恒星肯定會“死亡”,但“死亡”的狀態(tài)不一定是黑洞。至于太陽會不會變成黑洞,要從一些基本概念講起。
一、什么是黑洞
1795年,有一位名叫拉普拉斯的老師根據(jù)萬有引力定律指出,一個(gè)質(zhì)量為M的天體,如果其半徑小于
,它的逃逸速度將超過光速,即使光也無法從這個(gè)天體上逃逸出來。拉皮拉斯稱呼此類天體為“暗星”,因?yàn)榧热还舛紵o法逃脫,那么必然看不見。不過這種“暗星”模型在當(dāng)時(shí)看起來十分荒誕,拉普拉斯本人遂未對其展開深入的研究。拉普拉斯
直到一百多年后的1915年,偉大的物理學(xué)家愛因斯坦創(chuàng)立了廣義相對論,對經(jīng)典萬有引力作出新的解釋,并給出了著名的愛因斯坦場方程:
這是一個(gè)復(fù)雜的張量方程,它的解連愛因斯坦本人也一籌莫展。令人意想不到的是,僅僅幾個(gè)月后,在一戰(zhàn)前線的戰(zhàn)壕中,一名德國炮兵中尉給出了這個(gè)方程的精確解,這個(gè)炮兵中尉名叫史瓦西,他在參軍之前就已經(jīng)是德國科學(xué)院院士。這個(gè)精確解遂稱為史瓦西解,它描述了一個(gè)靜止,不帶電,球?qū)ΨQ的天體外部的引力場。令人驚異的是,史瓦西解表明,當(dāng)天體的臨界半徑小于(和拉普拉斯的計(jì)算結(jié)果完全一樣)時(shí),它的時(shí)空幾何將出現(xiàn)奇異行為,天體將會發(fā)生坍縮,周圍的物質(zhì)及射線都將被吸入這個(gè)天體的中心無法逃脫。這種神奇的天體,后來被命名為“黑洞”史瓦西
簡單來說,黑洞就是一種引力極大,密度極大,能吞噬周圍(事件視界以內(nèi))一切物質(zhì)包括光在內(nèi)的特殊天體。
人類第一張黑洞合成照片
二、恒星的生命周期
那么黑洞這個(gè)“宇宙怪獸”是如何形成的呢?我們需要在恒星的生命周期中尋找答案。恒星的誕生始于星云。星云是一種宇宙中由稀薄的氣體或塵埃構(gòu)成的天體。不同于天上主要由水(包含氫和氧)構(gòu)成的白云,星云的主要成份是氫,其次是氦。雖然星云的密度很低,但由于面積分布實(shí)在是太大了(100光年),因此其總體質(zhì)量是非常驚人的,一個(gè)普通星云的質(zhì)量是太陽質(zhì)量的上千倍。宇宙中的星云,當(dāng)質(zhì)量或密度達(dá)到一定的程度,在一定的條件下(如星系碰撞造成的壓縮和擾動)會發(fā)生引力坍縮,在萬有引力的作用下,星云中原本相距較遠(yuǎn)的物質(zhì)會越來越緊密地聚集在一起,星云中心的質(zhì)量和密度變大,從而使萬有引力變大,進(jìn)一步吸引周圍的物質(zhì),進(jìn)行正反饋。由于角動量守恒和潮汐作用,星云會旋轉(zhuǎn),并且越轉(zhuǎn)越快。物質(zhì)的聚集和旋轉(zhuǎn)也會使溫度快速升高,這個(gè)高溫旋轉(zhuǎn)的氣體,就是原恒星。原恒星會演化成什么結(jié)果,主要取決于它自身的質(zhì)量。對于恒星這種超超超…超大的物體,用千克,噸等單位衡量質(zhì)量就顯得非常不方便了,習(xí)慣上用我們最熟悉的恒星——太陽作為質(zhì)量單位,來度量天體的質(zhì)量。如果恒星質(zhì)量太小,小于0.08倍太陽質(zhì)量。要要么發(fā)生氫的聚變形成不了恒星,要么核心處發(fā)生氘核聚變形成棕矮星(或者褐矮星)。如果恒星的質(zhì)量介于0.08倍太陽質(zhì)量和0.5倍太陽質(zhì)量之間,這種恒星就是紅矮星,比鄰星就是一種紅矮星。比鄰星不是漫威反派暗夜比鄰星,是真正的比鄰星
緊接著,如果恒星的質(zhì)量介于0.5倍太陽質(zhì)量和8倍太陽質(zhì)量之間,這類恒星發(fā)出黃光或白光,因此被稱為黃矮星。太陽就是一種黃矮星。最后,質(zhì)量超過8倍太陽質(zhì)量的恒星被稱為藍(lán)恒星。 藍(lán)恒星
以上是根據(jù)質(zhì)量差異分出的恒星種類,同時(shí)也是由于質(zhì)量不同,它們的壽命也不盡相同,一般來說,質(zhì)量大的恒星壽命短,質(zhì)量小的恒星壽命長。一般的,質(zhì)量大于0.1倍太陽質(zhì)量的原恒星,其核心引力坍縮導(dǎo)致溫度高達(dá)上千萬度,會引發(fā)核聚變,聚變會釋放大量的能量并向外輻射,當(dāng)輻射斥力與引力平衡,恒星就能穩(wěn)定存在,從而開啟了主序星階段的演化。因?yàn)楹阈强偸遣粩嗟叵蛲忉尫拍芰?,它自身的能源總會有耗盡的那一天。主序星階段占恒星生命歷程90%的時(shí)間??茖W(xué)研究表明,太陽誕生于45.7億年前,而它的主序星大約100億年,可見太陽目前正值壯年。根據(jù)質(zhì)能關(guān)系,質(zhì)量和能量是統(tǒng)一的物理量。太陽在不斷向外釋放能量,其質(zhì)量也在不斷減少,引力對聚變的控制越來越弱,聚變也因此變得越來越強(qiáng)烈。當(dāng)太陽到達(dá)晚年之時(shí),其核心聚變得太厲害,因此體積會膨脹,變成一個(gè)大紅胖子,也就是紅巨星。紅巨星大到吞噬地球軌道,屆時(shí)地球?qū)⒉粡?fù)存在(被燒化)。這就是電影《流浪地球》的背景設(shè)定。紅巨星持續(xù)的時(shí)間不會很長,因?yàn)殡S著太陽體積的不斷增大,其中心的密度和溫度在降低,聚變會減弱,直到某一時(shí)刻,引力又會重占上風(fēng),外圍的物質(zhì)發(fā)生脫落向宇宙空間拋灑,內(nèi)部的物質(zhì)會發(fā)生收縮使核心部分越來越緊密,最終,留下的這團(tuán)密度極大的核心,就是太陽的主序星階段的最終狀態(tài)——白矮星。白矮星的密度大約是太陽目前質(zhì)量下,體積壓縮到地球大小的密度!白矮星主要依靠電子兼并壓(基于泡利不相容原理)來平衡極其強(qiáng)大的引力,它之所以“白”,是因?yàn)樗€有具有此前積累的能量,尚且能平緩地釋放殘余的光和熱,直到能量完全枯竭,星體也就此暗淡,變成看不見的黑矮星。黑矮星目前還未被觀測到,可能是因?yàn)榘装茄莼胶诎堑臅r(shí)間長達(dá)幾千億年,超過了已知的宇宙年齡。因此,答案就很明確了,太陽的不會變成黑洞,它的最終歸宿應(yīng)該是黑矮星。
四、黑洞的形成
那么問題來了,既然太陽不會變成黑洞,那么哪類恒星可能會變成黑洞呢?答案就是質(zhì)量最大的一類恒星——藍(lán)恒星。藍(lán)恒星也會像太陽那樣在晚年的時(shí)候變大變紅,變成一顆紅超巨星。和紅巨星一樣,紅超巨星向周圍激烈拋出外圍物質(zhì)(超新星爆發(fā))后,其中心會收縮。與紅巨星不同的是,紅超巨星核心質(zhì)量更大,引力更強(qiáng),導(dǎo)致電子簡并壓也不足以抵抗引力,電子會鉆進(jìn)質(zhì)子內(nèi)部,變成中子。整個(gè)星體全部由中子構(gòu)成,稱為中子星。中子星的密度遠(yuǎn)大于白矮星,每立方厘米重達(dá)上億噸!中子星如果再坍縮,會變成什么呢?大多數(shù)人認(rèn)為應(yīng)該就是黑洞了。而紅巨星或紅超巨星拋出的物質(zhì)會形成星云,星云又會在一定的契機(jī)下形成新的恒星。恒星的演化是不是很像人類的生老病死呢?至于太陽變成紅巨星之時(shí)人類的命運(yùn),不用擔(dān)心,我們還有50多億年來思考怎么辦。五、假如太陽變成黑洞會發(fā)生什么?
首先明確,地球不會被吸進(jìn)去!因?yàn)樘柕囊暯绨霃酱蠹s為3千米,而地球相距太陽有1.5億千米。即便太陽變成黑洞,只要質(zhì)量不變,地球受到的引力場沒有任何變化。那么地球會有變化呢?首先是光。太陽變成黑洞再經(jīng)過8分鐘,地球會失去太陽光照,如同夜幕瞬間降臨。然后是溫度,由于失去了太陽供給能量,地球溫度會在短時(shí)間內(nèi)驟降,這會對地球生態(tài)和人類社會造成毀滅性的打擊。最終,地球會變成一個(gè)溫度只有3K(宇宙平均溫度),一片死寂的世界。一片死寂的地球
我們常說,水是生命之源。但物理學(xué)大師薛定諤在《生命是什么》中敏銳地指出,生命以負(fù)熵為生。其實(shí),我國先賢老子的哲學(xué)論述:“天之道損有余而補(bǔ)不足;人之道,損不足以奉有余”,這句話就比較恰當(dāng)?shù)孛枋隽巳祟惿鐣呢?fù)熵的現(xiàn)象。自然界的規(guī)律是熵不斷增加,越來越混亂,越來越平均。而生命卻是一個(gè)高度有序的集合體,會通過進(jìn)食、光合作用等方式持續(xù)在外部獲得能量(負(fù)熵流),來維持內(nèi)部的有序性,內(nèi)部外部的總熵依舊是增加的。人類社會亦然,只要經(jīng)濟(jì)社會有序發(fā)展到一定程度,財(cái)富就會向少數(shù)人集中(低熵),而不是越來越平均(高熵),同樣,經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展,離不開能源(負(fù)熵流)。而太陽就是這樣一個(gè)給我們源源不斷提供負(fù)熵流的能源池。因此可以說,是太陽孕育了萬物,給予我們生命。好在它尚未年老,還可養(yǎng)育我們很久很久……