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解读太阳的死亡之旅,大质量太阳是怎么走向体积无限小的奇点的?

时间:2025-08-28来源:网络作者:小白

万有引力,伟大的物理学家牛顿在三百多年前就提出来了。你我之所以能安稳地站在地球上,就是因为万有引力的存在,否则你我早就不知道飞向哪里了。

虚拟现实:解读太阳的死亡之旅,大质量太阳是如何走向体积无限小的奇点的?

但是,你有没有深入思考过这样的问题:引力与质量成正比,地球质量巨大,引力自然也巨大,那么地球为何没有把自己压扁呢?地球物质为何没有在引力的作用下一直坍缩到核心呢?

你可能会认为这个问题很无聊,但是对于科学家们来讲,没有任何问题是无聊的,很多时候,他们就是在一些看似无聊的问题中发现了宇宙神奇。

那么,地球为何没有一直坍缩到核心呢?因为地球质量还不够大,引力不够大。让我们先从我们的太阳说起。

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太阳的质量在太阳系拥有绝对的统治力,占了整个太阳系质量的99.86%,质量达到地球质量的33万倍。

如此大的质量,太阳为何没有坍缩到核心呢?当然你也可以说质量也不够大,不过主要原因还在于两种力量达到了近乎完美的平衡,这两种力量区别是:核聚变产生的外推力,还有太阳自身的引力。

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引力试图把太阳物质拉拽到核心,而核聚变产生的力量不断把太阳物质向外推,在彼此较量的过程中,这两种力量达成“妥协”,保持了非常微妙的平衡。

正是在这种平衡状态下,太阳才可以一直燃烧数十亿年之久。

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但是,随着太阳氢燃料的不断减少,这种微妙的平衡也会被慢慢打破。如今太阳每秒消耗大约400万吨氢,这个质量看起来巨大,但与太阳质量相比,仍旧是九牛一毛。不过时间会改变一切,最终氢燃料也会耗尽。

科学家们估算结果表明,我们的太阳在大约50亿年之后,就会因为氢燃料耗尽而走向死亡。不过,太阳的死亡过程并不是瞬间完成的,而是一个相当漫长的过程。

在氢燃料不断减少的过程中,万有引力在与核聚变对抗的过程中会逐渐占据上风。氢燃料耗尽之后,氦还会继续聚变下去,接着是碳,氧。不过太阳核心的核聚变并不能一直聚变下去,因为太阳质量相对来说还比较小,聚变到氧就戛然而止了。

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在这个过程中,太阳首先会逐渐膨胀为红巨星,体积急剧膨胀,能达到如今太阳的1000倍以上,直接膨胀到水星和金星轨道把两者完全吞噬。

漫长时间之后,红巨星的强度会逐渐下降,最终只剩下致密的内核,演变为一颗白矮星。太阳演变成的白矮星大小只相当于地球大小,仍旧会发出微弱的光芒。

白矮星密度巨大,每立方米能达到100万吨左右。如此大的密度,为何白矮星没有继续向内坍缩呢?

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因为质量还不够大,还没有达到“钱德拉塞卡极限”。我们的太阳相对来讲属于质量较小的太阳。如果太阳质量达到1.4倍太阳质量或者以上,引力如此之大,即便是原子外层的电子也会在引力作用下被压缩到原子核上,这其实就是“电子简并”。

而由于泡利不相容原理,两个微观粒子不能位于相同的量子态,所以电子之间会产生强大的斥力,被称为“电子简并压”,用于对抗太阳强大的引力。

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不过一旦太阳质量达到1.4倍太阳质量,电子简并压也对抗不了引力,电子就会被硬生生地压缩到原子核上,与质子结合,形成中子,这也是中子星的由来。而1.4倍太阳质量就是钱德拉塞卡极限。

中子星密度更是高得惊人,每立方厘米就可以达到上亿吨!

如果太阳质量变得更大,来到太阳质量的3倍以上,这个质量就是“奥本海默”极限,这种大质量太阳死亡之后会无限向内坍缩,最终就会坍缩为宇宙中最恐怖的天体,黑洞!

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黑洞的密度是多少呢?不知道,或者说无穷大。但是,物理学向来是描述具体有限的事物,无穷显然已经脱离了科学范畴。

如今科学对黑洞的描述是这样的,大质量太阳死亡之后的物质都被压缩到一个体积无限小的奇点,黑洞其实就是奇点。体积无限小,密度自然就无限大了。而平时我们所说的黑洞体积,其实指的是黑洞事件视界的体积大小。

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也就是说,如今我们已知的大自然法则在奇点面前全部失效。说白了,黑洞就是脱离宇宙时空的存在,这也是为何科学家们坚信黑洞很可能暗藏着宇宙终极神奇,甚至是宇宙的本原!

这些科技界的大腕儿,原来都属虎

科技日报记者 马爱平 在中国人的心里 虎,代表着勇敢和无畏 在科技界 何泽慧、于敏、顾方舟、樊锦诗 ...... 这些属虎的老一辈科学家们 身上无不体现着 勇攀高峰、敢于创新的科学家精神 虎年到 今天让我们走近这些属虎的科学大家 何泽慧 她排名第一,钱三强第二 - 1914年3月5日出生 - 杰出的核物理学家,被誉为“中国的居里夫人” 图片来源:中国核工业杂志 1931年,17岁的何泽慧以优异的成绩考入清华大学物理系。 那个年代,能考取名校物理专业的女孩凤毛麟角。 但何泽慧一踏进校门,迎面而来的是一盆冷水。 那年,物理系一共招收28名学生,其中有10位女生。 教授们认为,女生学习物理难以学有所成,于是劝说她们转系。 这下,气坏了何泽慧,她据理力争:为什么在考试成绩之外,设立性别条件? “你越不让我来,我越要来;你们不让我念,我偏念!” 1936年何泽慧清华大学毕业照。图片来源:中国科学院高能物理研究所 最后,系里只好妥协,同意女生试读一学期,但成绩不行的话一定要转走。 四年的学习中,何泽慧不仅没有转系,还以论文全班最高分的优异成绩毕业。 排名第二的则是她的伴侣钱三强。 她与钱三强院士不仅是生活上的伴侣,更是科学上的合作伙伴。 何泽慧婚后加入钱三强所在的约里奥-居里夫妇实验室,不久就共同发现了首例铀原子核四分裂径迹。 即使是如此重要的科学发现,何泽慧也认为“容易得很”;只要细致工作,“每个人都可以发现好些东西”。 1936年清华大学毕业时留影。前排右起第二人是何泽慧,后排左起第一人是钱三强。图片来源:中国科学院高能物理研究所 于敏 “一切都是为了国家需要” - 1926年8月16日出生 - “两弹一星”元勋,“共和国勋章”获得者 于敏在工作中(1980年摄)。新华社发 1964年10月16日,我国第一颗原子弹爆炸成功。之后,国家明确提出了加快氢弹研制的要求。 时间紧迫,氢弹研究还没有关键性突破。于敏和团队科研人员几乎时时刻刻都沉浸在堆积如山的数据计算中,直到1965年,氢弹研制方案才终于有了一些眉目。为了验证方案是否行得通,于敏带领几十名科研人员赶赴上海“百日会战”。 100多个日日夜夜,于敏先是埋头于堆积如山的计算机纸带,然后做密集的报告,率领大家发现了氢弹自持热核燃烧的关键,找到了突破氢弹的技术路径,形成了从原理、材料到构型完整的氢弹物理设计方案。 仅用五年不到的时间,于敏和科研人员们硬是靠着独立自主突破了核大国对氢弹理论技术的封锁,更用轰动世界的“于敏方案”为中国研制氢弹打开了一扇大门…… 1967年6月17日,罗布泊沙漠腹地,一朵蘑菇云升腾而起,我国氢弹试验取得成功。 1984年,于敏(右)与邓稼先在核试验基地。图片来源:光明日报 “两弹一星”功勋奖章、国家最高科学技术奖……极高的荣誉纷至沓来,于敏一如既往保持着谦逊。他婉拒“氢弹之父”的称谓。于家客厅高悬一幅字:“淡泊以明志,宁静以致远”。 “一切都是为了国家需要!”“一个人的名字,早晚是要没有的,能把微薄的力量融进祖国的强盛之中,便足以自慰了。”于敏说。 20世纪90年代初于敏与夫人孙玉芹。图片来源:光明日报 顾方舟 “一生做了一件事,值得” - 1926年6月16日出生 - 著名病毒学专家,被誉为“糖丸爷爷” 图片来源:中国之声 顾方舟毕生致力于研究脊灰、开发脊灰疫苗、控制小儿麻痹症,被誉为“中国脊髓灰质炎疫苗之父”,也被孩子们亲切地称为“糖丸爷爷”。 他曾说:“我用一生做了一件事,值得,值得,孩子们,快快长大,报效祖国。” 顾方舟留苏学习期间留影。图片来源:广州日报 1959年底,第一批减毒活疫苗在中国生产出来。动物临床试验证明,在猴子身上安全有效。但能不能用在人身上?需要用人来做临床试验。 顾方舟和同事一起,喝下了首批疫苗溶液。 一周后,顾方舟和同事们生命体征平稳,没有出现任何异常。 疫苗对大人无害,对孩子的安全性又如何呢?“当时我儿子小东刚好不到一岁,符合条件。”顾方舟的口述回忆史中记载:“我自己的孩子不吃,让别人去吃,这不大仗义。” 1961年,顾方舟与长子顾小东。图片来源:中国科协老科学家资料采集工程 “其实没什么。”顾方舟说,“我们是搞这一行的,心里有数,我不可能随便拿自己的孩子冒险。”事实证明了顾方舟的判断。 接下来500万份疫苗分发下去,在更大的范围内被试用、检测。临床对比显示,活疫苗不仅安全,还能显著降低发病率。 为方便保存、运输、发放以及服用,顾方舟和同事们发明了“脊灰糖丸”。 1965年,“糖丸”在全国推广。各地防疫站的工作人员装冰棍用的敞口保温瓶,装着“糖丸”,一颗颗送到孩子们的手中。 2000年,“中国消灭脊髓灰质炎证实报告签字仪式”在原卫生部举行,74岁的顾方舟作为代表郑重签名,标志着我国成为无脊髓灰质炎国家。 中国消灭脊髓灰质炎证实报告签字仪式现场。图片来源:中国之声 樊锦诗 想尽办法给敦煌“续命” - 1938年7月出生 - 著名考古学家,被誉为“敦煌的女儿” 图片来源:敦煌研究院 1998年,樊锦诗受命担任敦煌研究院第三任院长。 樊锦诗眼中的敦煌,是“一千年的古代艺术家的创造,他们默默无闻,给我们留下这么内容丰富的一份遗产,在世界上都是独一无二的。” 石窟、壁画,总会慢慢衰老。她想尽办法给那些珍宝“续命”。 1999年开始,来敦煌的游客们多了,樊锦诗既高兴又担忧,因为“洞子看坏了绝对不行,不让游客看也不行。” 2011年8月,樊锦诗检查加固后的莫高窟北区洞窟。图片来源:敦煌研究院 她开始四处奔走,提出要“限流”。 樊锦诗和同事们在参观洞窟的路线、洞窟开放的条件等方面,制定了详细标准,改变了以往单一参观洞窟的模式,“联合国教科文组织也将我们作为一个成功案例,向全世界推广。” 樊锦诗提出了“数字敦煌”的构想,包括要为莫高窟建立数字档案,将洞窟、壁画、彩塑,以及与敦煌相关的一切文物加工成高智能数字图像等等。 樊锦诗用紫外线灯在454窟调查壁画题记。图片来源:敦煌研究院 经过十多年努力,2016年5月1日,“数字敦煌”资源库上线,观众可以在线欣赏30个经典洞窑的高清图像,全景漫游这座古典艺术宝库。由此,它们在另一种意义上得到了“永生”。 在敦煌五十多年,樊锦诗走遍了大大小小735个洞窟,看遍了每一寸壁画、彩塑。一生择一事,一事终一生,这就是樊锦诗的真实写照。 在我国科技界 还有很多科学家也属虎 他们在各自的领域披荆斩棘 为科技事业的进步与发展鞠躬尽瘁 向他们致敬 综合中国科协、中国新闻网、中国科学院、北京科协、敦煌研究院、本报此前报道等 来源: 科技日报

事件真相:世界十大杰出物理学家是怎么回事?牛顿排第六

世界上也许有一些真正伟大的物理学家,他们在自己的工作领域上是杰出的,但我们从来没有听说过他们。因为除了他们的才华,他们的工作是相对模糊的,是不被人们所了解的。因此我们选出了在实现科学目的方面最有影响力的十位物理学家,让我们一起看下去,了解在世界范围排名前十的物理学家吧。10.阿那克西曼德阿那克西曼德认为地球不需要什么东西来支撑它,地球漂是浮在无限中心的,因为它与宇宙的其他部分距离相等。这个观点,改变了我们对地球的看法,并同时引入了地球与天空中的行星和恒星之间的吸引力。9.阿基米德阿基米德是古代最伟大的科学家,他将数学,物理和工程学推向了新的高度。他创建了力学和静力学的物理科学,发现了杠杆和滑轮的规律,并发现了物理学中最重要的概念之一重心。8.伽利略伽利略是第一批用望远镜研究天空的人之一,他是第一个发现卫星围绕另一个星球运行的人,发现木星的四个最大的卫星和钟摆法。他发现了牛顿的第一运动定律,在力学领域的发现破坏了亚里士多德的错误物理学,这种物理学已经在西方思想中占据了两千年的主导地位。7.约翰内斯开普勒约翰内斯·开普勒打破了数千年天文学的传统,发现天体遵循椭圆形路径,开普勒的行星运动定律是我们对宇宙理解的关键突破。他是第一个证明对数如何工作的人,发现我们的眼睛反转了图像,我们的大脑纠正了颠倒的图像。6.牛顿艾萨克·牛顿发明了微积分,即变化的数学,没有它,我们就无法理解物体像电子一样微小或像星系一样大的行为。牛顿发现了万有引力定律,证明了月球绕地球运行的原因与苹果从树上落下的原因完全相同。此外他建造了世界上第一台反射望远镜。5.法拉第迈克尔法拉第通过改变磁场,在电线中产生电流,并因此发现电磁感应,这是当今几乎所有发电厂产生电力的手段。他是发现电磁旋转电动机的先驱,他发明了法拉第笼,可以防止闪电损坏其中的任何物质,并防止外部干扰影响敏感的电子和电子实验。4.欧内斯特·卢瑟福欧内斯特·卢瑟福是核化学和核物理之父。他发现并命名了原子核,质子,α粒子,β粒子,还预测了中子的存在。与他一起工作的非常多的年轻科学家继续赢得诺贝尔奖,包括詹姆斯查德威克,塞西尔鲍威尔。3.尼尔斯玻尔尼尔斯玻尔彻底改变了我们对原子和世界的看法,当物体是原子大小或更小时,他意识到经典物理会发生灾难性的失败。他重塑了原子,在这样做的过程中,他创立了量子力学。后来,作为哥本哈根量子力学解释的主要设计师,他帮助重塑了我们对自然界如何在原子尺度上运作的理解。2.欧文施罗丁格他建立了量子力学的波动力学公式,允许一定程度的可视化。薛定谔将电子描绘成波浪,而不是在任何给定的位置展开。他表明,他的波和海森堡的矩阵公式虽然表面上不同,但在数学上是等价的。在晚年,薛定谔对量子力学感到不满,并以薛定谔猫的思想实验而闻名.1.艾尔伯特爱因斯坦爱因斯坦重写了自然法则,他彻底改变了我们理解事物行为的方式,如光,重力,空间和时间。他确定每个人,无论他们自己相对于光线的速度如何,都会在真空中测量光速为每秒3亿米的速度。他重写了牛顿的万有引力定律,提出了广义论。
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