太陽會變成黑洞嗎？
2023-03-31 13:38:51 2
首先宣布答案:不。
太陽是一種恆星，它有點像一個活著的個體，也有一個從出生、成熟到死亡的進化過程。恆星肯定會「死亡」，但「死亡」的狀態不一定是黑洞。至於太陽是否會變成黑洞，我們應該從一些基本概念開始。
首先，什麼是黑洞
1795年，一位名叫拉普拉斯的老師根據萬有引力定律指出，如果質量為m的天體的半徑小於
，它的逃逸速度將超過光速，甚至光也無法逃離這個天體。拉皮拉斯稱這樣的天體為「暗星」，因為既然光不能逃逸，它一定是看不見的。然而，這個「暗星」模型在當時看起來很荒謬，所以拉普拉斯本人並沒有對其進行深入研究。
拉普拉斯
直到一百多年後的1915年，偉大的物理學家愛因斯坦才創立了廣義相對論，對經典的萬有引力給出了新的解釋，並給出了著名的愛因斯坦場方程:
這是一個複雜的張量方程，即使愛因斯坦自己也不知道它的解是什麼。令人驚訝的是，僅僅幾個月後，在第一次世界大戰前線的戰壕裡，一個名叫斯瓦茲的德國炮兵中尉，在參軍前是德國科學院的成員，給出了這個方程的精確解。這個精確的解被稱為史瓦西解，它描述了靜止的、不帶電荷的、球對稱的天體外部的重力場。令人驚訝的是，史瓦西解表明天體的臨界半徑小於
(與拉普拉斯的計算結果完全相同)，它的時間空幾何學會表現出奇怪的行為，天體會崩潰，周圍的物質和射線會被吸進天體的中心而無法逃脫。這個神奇的天體後來被命名為「黑洞」。
施瓦茨
簡而言之，黑洞是一種特殊的天體，具有巨大的引力和密度，可以吞噬周圍(視界內)的所有物質，包括光。
人類黑洞的第一張合成照片
第二，恆星的生命周期
「宇宙的怪物」黑洞是如何形成的？我們需要在恆星的生命周期中尋找答案。
恆星從星雲中誕生。星雲是宇宙中由稀薄氣體或塵埃組成的天體。與天空中主要由水(包括氫和氧)組成的雲不同，星雲主要由氫組成，其次是氦。雖然星雲的密度很低，但它的整體質量令人驚訝，因為它的面積分布很大(100光年)，普通星雲的質量是太陽的幾千倍。
星雲不是漫威的超級英雄，而是真正的星雲。
當宇宙中星雲的質量或密度達到一定水平時，它將在一定條件下崩潰(如星系碰撞引起的壓縮和擾動)。在萬有引力的作用下，星雲中原本相距很遠的物質會越聚越近，星雲中心的質量和密度也會增加，從而增加萬有引力，進一步吸引周圍的物質並進行正反饋。由於角動量守恆和潮汐作用，星雲將會旋轉，並且旋轉得越來越快。物質的積累和旋轉也會導致溫度迅速上升。高溫旋轉的氣體是原恆星。
原恆星將進化成什麼樣很大程度上取決於它自身的質量。對於超級超級超級超級超級物體的恆星來說，用千克、噸和其他單位來測量質量是非常不方便的。習慣上用太陽來測量天體的質量，太陽是我們最熟悉的恆星。
如果恆星質量太小，它的質量小於太陽質量的0.08倍。要麼氫融合不能形成恆星，要麼氘融合發生在核心形成棕矮星(或棕矮星)。
如果一顆恆星的質量介於太陽質量的0.08倍和太陽質量的0.5倍之間，那麼這顆恆星就是紅矮星，而半人馬座比鄰星就是紅矮星。
半人馬座比鄰星不是曼威的惡棍夜半人馬座比鄰星，而是真正的半人馬座比鄰星
接下來，如果一顆恆星的質量是太陽質量的0.5倍到8倍，那麼這顆恆星就會發出黃色或白色的光，因此被稱為黃矮星。太陽是一顆黃色的矮星。最後，質量超過太陽質量8倍的恆星被稱為藍星。
藍星
以上是根據質量差異分類的恆星類型。同時，由於它們的質量不同，它們的壽命也不同。一般來說，質量大的恆星壽命短，質量小的恆星壽命長。一般來說，質量大於太陽質量0.1倍的原恆星有一個核心坍縮，導致溫度高達數千萬度，這將導致核聚變。核聚變會釋放大量能量並向外輻射。當輻射排斥和重力平衡時，恆星可以穩定存在，從而開啟主序列恆星的演化階段。
第三，太陽的目的地
因為恆星總是向外釋放能量，總有一天它們自己的能量會耗盡。主序列階段佔恆星壽命的90%。科學研究表明，太陽誕生於45.7億年前，而它的主序星大約有100億年歷史，這表明太陽目前正處於全盛時期。根據質能關係，質量和能量是統一的物理量。太陽正在釋放能量，其質量也在減少。重力對核聚變的控制越來越小，這使得核聚變越來越強。當太陽到了老年，它的核心融合得太多，所以它的體積會膨脹，變成一個巨大的紅髮人，也稱為紅巨星。這顆紅巨星大到吞噬了地球的軌道，地球將不復存在(被燒毀)。這是電影《漫遊地球》的背景。
紅巨星不會持續很長時間，因為隨著太陽體積的增加，其中心的密度和溫度會降低，融合會減弱。直到某個時刻，重力將再次佔上風。外層材料將脫落並被拋入宇宙空，內層材料將收縮，使核心部分越來越緊湊。最後，密度很大的左核心是太陽主序列星階段的最終狀態，即白矮星。白矮星的密度大約是太陽當前質量的密度，壓縮到地球的大小！白矮星主要依靠電子合併壓力(基於泡利不相容原理)來平衡極強的引力。它之所以是「白色」是因為它以前已經積累了能量，可以平穩地釋放剩餘的光和熱，直到能量完全耗盡，恆星將變暗，變成看不見的黑矮星。黑矮星還沒有被觀測到，可能是因為白矮星進化成黑矮星花了幾千億年，超過了已知的宇宙年齡。
因此，答案很清楚，太陽不會變成黑洞，它的最終目的地應該是黑矮星。
黑洞的形成
然後問題出現了:既然太陽不會變成黑洞，那麼什麼樣的恆星會變成黑洞呢？答案是質量最大的藍星。藍星在晚年也會變得更大更紅，像太陽一樣，成為一顆紅色的超級巨星。像紅巨星一樣，紅巨星的中心在周圍猛烈拋出外圍物質(超新星爆炸)時會收縮。與紅巨星不同，紅巨星的核心質量更大，引力更強，導致電子簡併壓力不足以抵抗引力，電子會鑽入質子成為中子。整個恆星由中子組成，稱為中子星。中子星比白矮星密度大得多，每立方釐米重上億噸！
如果中子星再次坍塌，它會變成什麼？大多數人認為它應該是一個黑洞。紅巨星或紅巨星拋出的物質將形成星雲，在特定的時機形成新的恆星。恆星的演化與人類的出生、衰老和死亡相似嗎？至於當太陽變成紅巨星時人類的命運，別擔心，我們還有50多億年的時間去思考該做什麼。
恆星演化圖
如果太陽變成黑洞會發生什麼？
首先，要弄清楚地球不會被吸進去！因為太陽的地平線半徑約為3公裡，而地球離太陽有1.5億公裡。即使太陽變成黑洞，只要質量保持不變，地球上的引力場也不會改變。
那麼地球會發生什麼呢？第一個是光。當太陽再變成黑洞8分鐘後，地球將失去太陽的光，就像夜幕瞬間降臨一樣。然後是溫度。由於太陽能量的損失，地球溫度將在短時間內驟降，這將對地球生態和人類社會產生毀滅性的影響。最終，地球將變成一個死寂的世界，溫度只有3K(宇宙的平均溫度)。
死亡的地球
我們常說水是生命之源。然而，物理學大師薛丁格在《什麼是生命》一書中敏銳地指出，生命依賴於負熵。事實上，我國先人老子的哲學論述說:「天道弊大於利；人的方式，損害不足以給予更多」，這句話更恰當地描述了人類社會中的負熵現象。自然法則是熵在增加，變得越來越混亂，越來越平均。另一方面，生活是一個高度有序的集合。它將繼續通過進食、光合作用和其他維持內部秩序的方式從外部獲取能量(負熵流)。內外總熵仍在增加。人類社會也是如此。只要經濟和社會發展在一定程度上是有序的，財富就會集中在少數人身上(低熵)，而不是變得越來越平均(高熵)。同樣，能源(負熵流)對於經濟和社會發展也是不可或缺的。太陽是這樣一個能量池，為我們提供連續的負熵流。因此，可以說太陽創造了萬物，給了我們生命。幸運的是，它還不足以長時間養育我們。
參考:
1、https://www.bilibili.com/video/BV1Gt411D7tB
2、https://zhuanlan.zhihu.com/p/57449767
一些圖片來自網際網路。
資料來源:中國科學院高能研究所
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