天體演化：黑洞修煉秘籍 | 老和山下的小學僧

一張黑洞照片，讓很多讀者紛紛來信詢問。無奈，翻出一篇上古時期發的青澀拙文，修繕一番，濫竽充個數。

黑洞，作為一個“科學無法解釋”的科學現象，自然不會有很多明確的信息，一張黑洞照片，絲毫改變不了這樣的窘境。所以，任憑你胡侃海吹，也不會有專家跳出來説“肯定不對”。

黑洞照片，就是把大夥的射電望遠鏡都對着一個方向接收電磁波，然後把可見光波段截取出來形成一個照片，對學術來説是很大的突破，但對公眾來説，無論過程還是結果都無聊的很。

咱吃瓜羣眾要的是如何栩栩如生的吹牛，是吧？本僧帶大夥從頭走一個。

• 大爆炸

姑且認為宇宙是大爆炸產生的。

很久很久以前，有個“奇怪的點”，簡稱“奇點”，突然爆炸了！炸出了一堆基本粒子，如質子、電子、光子、中微子等。

隨後，物理定律開工幹活，基本粒子紛紛相互結合，形成原子。

三四個質子結合，不如兩兩結合或單幹更方便，所以宇宙中絕大部分原子是氫原子和氦原子，兩者最終形成氫氣和氦氣。而氫原子更是隻有一個質子，所以佔了絕大部分中的大部分。

• 氣團

在萬有引力作用下，彌散在宇宙中的氫氣相互吸引，拉幫結派，逐漸成團。質量越大引力就越大，馬太效應很快出現，大氣團越吸越多，不斷吞噬周邊的氫氣和小氣團。

一頓混戰，直至氣團周邊啥也不剩，江湖紛爭告一段落，最後形成了一大團一大團的氫氣團。

• 恆星

這些氣團純粹靠引力聚在一起，而引力大小與質量、距離有關。

氣團吞噬的氫氣越多，質量就越大；質量越大，引力就越大；引力越大，氣團體積就越被壓縮；體積越壓縮，氫氣分子之間的距離就越近；距離越近，引力就越大。

於是，氣團中心隨着體積不斷壓縮，受到的壓力越來越大，一直增加到能把兩個氫原子核擰到一起為止。

也不知是誰定下的規定，兩個氫原子核擰到一起就會釋放出巨大的能量，人類稱之“聚變反應”，這也是氫彈的原理。聚變發光又發熱，發的光就是我們看到的光，發的熱會使氣體膨脹。

氣團不斷被壓縮，參與聚變爆炸的原子就不斷增多，膨脹的力量隨之增大 ，直至與引力達成平衡，維持着氣團的結構，不膨脹也不壓縮。

這種靠不停爆炸維持平衡的氣團，就是：恆星。

還有一些修煉入門失敗的“準恆星”，引力剛好可以把中心少量的原子核擰到一起，但聚變反應不劇烈，不足以讓整個星體燃燒，不像恆星那麼耀眼。這種失敗的恆星，就是：褐矮星。

還有更失敗的，前期躲過了大氣團吞噬倖存下來的小氣團，引力擰不動原子核，不會發光發熱，便成了：氣態行星。

• 紅巨星

恆星依靠聚變爆炸與引力抗衡，註定是一場徒勞。因為恆星質量不變，引力就不變，但聚變卻不斷消耗能量。

又不知是誰定下的規定，鐵以下的原子核擰到一起會釋放能量，鐵以上的原子核擰到一起要消耗能量。反之，鐵以上的原子核分裂會釋放能量，鐵以下的原子核分裂要消耗能量。這就是“聚變”和“裂變”的概念。

所以，引力把 氫(1個質子)擰成氦(2個質子)，再往下擰成鋰(3個質子)、碳(6個質子)，一直擰到鐵(26個質子)為止，再擰就是虧本買賣，不可持續了，因此 這場較量，笑到最後的必然是引力。

而實際上，恆星根本沒機會從容把氫擰成鐵。擰氦比擰氫要費勁，當恆星內部的氫全被擰成了氦之後，中心壓力還不足以擰得動氦，所以恆星就失去了聚變爆炸的威力，於是引力就繼續壓縮恆星體積，一直壓到氦聚變出手為止。

不幸的是，氦聚變出手非常突然，瞬間釋放的能量直接把引力掀翻在地，導致恆星快速膨脹，這貨有個形象的名字： 氦閃。

其實在恆星體積縮小時，外層的氫也會參與聚變，而內部的氦聚變開始後又特別劇烈，加上體積急劇變化，整個過程異常複雜！

這種火藥桶似的天體，就是： 紅巨星。

• 超新星爆炸

大塊頭的紅巨星很少自然死亡，因為紅巨星內部反應實在太太太複雜，聚變生成的各種新元素你來我往，原子核擰到後來很難與引力維持平衡 ！

有時high過了頭，一言不合就掀桌子，這可是宇宙間最牛逼的爆炸，沒有之一！

這就是大名鼎鼎的： 超新星爆炸。

根據不知誰定下的規定，只要能量足夠就能擰原子核，這種劇烈爆炸的局部能量非常非常巨大，可以擰出各種超過鐵的大號原子核，甚至是鈾這種92個質子的怪胎。

如果沒有超新星爆炸，咱們可能就只有氫氦鋰碳氧等寥寥幾種元素了，能不能誕生生命都是兩説的事情。

又不知是誰定下的規定，量子力學説，好不容易擰到一起的原子核，都有分裂的概率。原子核越大越容易分裂，其中鈾(92個質子)以上的元素極易分裂，地球上幾乎不存在，只有人造，統稱“超鈾元素”。

釙(84個質子)以上的元素分裂速度稍慢些，能量以射線的形式釋放，就是我們熟知的“放射性元素”。

釙以下的元素分裂速度就非常慢了，慢到可以用宇宙時間來衡量，以地球的眼光看，當然就是穩定元素了。

所謂的元素，就是基本粒子在這場江湖紛爭中的分分合合。

• 行星

江湖在繼續。

恆星通過超新星爆炸把這些年攢的家當全扔了出去， 變成了彌散的宇宙塵埃，這些塵埃不像剛開始只有輕原子，而是含有各種輕重元素。

重元素可以結合形成固體，於是，江湖就不再是原來那個江湖了。

當然，一次超新星爆炸不足以產生足夠的塵埃，此時用一將功成萬骨枯來形容，再合適不過。

塵埃開始了新一輪的“拉幫結派”過程，因為可以形成固體，就不需要僅僅依靠引力聚在一起。換句話説，能以小塊形式存在，所以，這些塵埃聚成了一顆顆小小的固體球。

這種很小很小的固體球，就是多數“ 行星”的來源。

• 白矮星

大塊頭 紅巨星爆炸後或許還能剩下點內核，這種涅盤重生的內核往往修煉天賦極高，還有那些僥倖沒爆炸的紅巨星，晉級下一輪，繼續修煉。

擰原子核是越到後來越費勁，恆星氦閃之後，內核把氦元素擰成了碳元素，偶爾還能擰出氧、氖或鎂，通常到了這會，引力就不足以繼續擰原子核了。

然後，依靠擰原子核的聚變威力與引力抗衡的時代一去不返，沒有了聚變能量，引力又開始逞兇，繼續壓縮，一直壓到“電子”有意見為止。電子也是有脾氣的，聚變退休後，電子就扛起了與引力對抗的重擔。

又不知是誰定下的規定，相同的電子是不能待一起的，這種壓力叫“電子簡併壓”。但引力非要把電子摁到一起，於是簡併壓隨着壓縮不斷增大，一直增大到與引力平衡為止，此時原子核已經被壓縮的很緻密了，密度達到10噸/立方厘米。

這就是： 白矮星。

白矮星被壓縮得與地球一般大

• 中子星

小塊頭的白矮星沒了聚變，若再沒有外界的物質或能量輸入，就逐漸冷卻不再輻射，各種反應也停止了，變成一顆死星。

這是很多恆星的宿命：黑矮星。

不過，即便宇宙中第一顆恆星最終演化成了白矮星，到今天為止，仍沒有徹底冷卻變成死星，所以黑矮星只是個概念。宇宙，畢竟還是太年輕啊！

大塊頭的白矮星，引力實在太霸道，無視電子簡併壓，直接把電子摁到了原子核內，和質子一起形成中子，於是電子簡併壓就消失了。引力繼續壓縮，一直把電子都壓進了原子核，成了中子。此時天體直徑僅有10km大小，密度達到10億噸/立方厘米，活脱脱一顆超超超大號的原子核，中子毫無縫隙的緊密擠壓在一起。

這就是：中子星。

白矮星變成中子星的過程反應也是異常劇烈，通常，反應劇烈的天體動不動就超新星爆炸，有些中子星就是白矮星炸完形成的。順便説一句，有時候天體還會相撞，這種程度的撞擊，妥妥的超新星爆炸。

中子星撞上白矮星發生的 超新星爆炸

因為天體在塵埃匯聚過程中都 保留了原先的角動量，幾乎都是旋轉的，中子星自然不例外。根據角動量守恆，中子星變小後轉的很快，有些中子星的磁軸和自轉軸不重合，就好比磁鐵的N極和S極位置不停變化，就會發出非常有規律的電磁脈衝信號。因為太有規律，曾經一度被認為是外星人的信號。

這就是： 脈衝星。

這是示意圖，別當真

• 黑洞

小塊頭的中子星，又是發熱又是發信號，逐漸把能量折騰完，最終的宿命還是“黑矮星”。

大塊頭的中子星，引力還有餘力繼續壓縮， 最後的最後，把理論上無法壓縮的中子壓縮成了一個“奇點”，終於修煉到了巔峯，成了廣為人知的“黑洞”！

黑洞與引力

很多人拿黑洞吹牛，多是因為黑洞能吞噬一切，霸氣的很！可人人這麼吹，就失去了吹牛的本意，怎樣才能吹個別出心裁的牛呢？

黑洞的詭異之處在於，小而無內的基本粒子居然再度被壓縮了，就好像一輛塞爆的公交車又擠上去100人。

我們不經要問，粒子是什麼？空間又是什麼？雖然量子場論對粒子已經有了一個勉強的解釋，但相對論對空間給出的答卷就有些不夠用了。

相對論認為，質量會引起空間的彎曲，從而導致直線跑路的光線發生彎曲。比如，光在空氣中的速度比真空中慢，是因為空氣分子的質量造成了空間彎曲，光線經過原子核周圍時，路程就多了少許，宏觀上看是速度變慢了，實際上是光的路程變長了，光速永遠是那個光速。

按照這個道理，黑洞質量如此之大，大到讓空間極度彎曲，形成了一個空間閉環，啥東西也出不來，包括光。不過，霍金提出了霍金輻射，認為黑洞還是有東西會跑出來的，但一直未被證實，所以這事暫且不算。

引力波的提出和發現，才是讓人頭疼的事情。引力原來和電磁波一樣，也是波，也是按照光速對外傳播的。

於是，一個鐵打的事實就擺在了眼前：黑洞無論多麼摳門，無論把空間封閉成什麼樣，絲毫不影響引力對外傳播。進一步説，以目前人類的認知，沒有任何東西能影響引力的傳播。

這讓人不得不懷疑，引力會不會是在更高維度傳播的？以至於可以無視我們三維世界的任何事情。

難怪物理學折騰四大基本力這麼多年，唯獨引力無法統一。也難怪咱們山上老僧如此感慨：“引力，可能是人類解開空間密碼的唯一鑰匙。”(注意，這句就是吹牛的重點。)

白洞和蟲洞

黑洞、白洞、蟲洞，三大吹牛好素材，另外兩位也不能缺席。

白洞純粹是數學公式上拍腦袋的產物。把黑洞數學模型的某個取值改了改，結果黑洞從“只進不出”變成了“只出不進”，然後就提出了白洞的概念。

白洞不但在觀測上毫無依據，在理論上也難自圓其説。哪天找到了玉皇大帝，也不見得能找到白洞。如果白洞有照片的話，可能是這個樣子：

蟲洞的概念就靠譜多了。廣義相對論認為空間是可以彎曲的，引力足夠大就可以把空間對摺起來，如果有隻蟲子，從對摺的空間中咬出一個洞，就可以實現空間跳躍，於是就給取了個“蟲洞”的名字。

這圖是把三維空間比作了二維平面，所有的物理定律都是沿着平面走的，跳出這個平面，就相當於進入了四維以上的空間。理解空間彎曲和蟲洞的概念，千萬不要用腦子去想象畫面，人腦是無法形成多維空間圖像的。

老鐵

最後還有個小問題：當宇宙中所有元素都變成了鐵，咱還有能量來源嗎？