坍縮

坍縮

理論而言,顆恆星耗盡所有可用的燃料,它就會突然失去一直支撐自身重量的壓力,恆星的物質收縮而擠壓在一起,它的核心坍縮成為一顆中子星,在這個過程中,恆星內部物質的原子結構會遭到破壞。這樣一來,原子將不復存在,替代它的將是一個個電子、質子和中子。

  • 中文名稱
    坍縮
  • 外文名稱
    Collapse
  • 解釋
    恆星的物質收縮而擠壓在一起
  • 類型
    天文學

物理概念

坍縮(tān suō):恆星的物質收縮而擠壓在一起。

在恆星生存期的某一階段,其內部溫度將會降低,這樣一來,引力將會成為一個主導的因素,結果,這顆恆星就會開始坍縮,在這個過程中,恆星內部物質的原子結構會遭到破壞。這樣一來,原子將不復存在,替代它的將是一個個電子、質子和中子。

過程

一顆恆星將會坍縮到這樣一種程度,這時電子的相互排斥力將使該恆星不能夠再進一步坍縮。

這顆恆星于是就成為一顆"白矮星"。像太陽這樣的恆星一旦坍縮成為一顆白矮星,它的全部物質將被擠壓成為一個直徑隻有大約16,000公裏的球體,它的表面引力將變成地球表面引力的210,000倍(因為它的質量雖然沒有變,但是從表面到中心的距離則大大縮短了)。

在某些條件下,引力將變得如此之大,甚至能戰勝電子之間的排斥力。結果,這顆恆星將會再度坍縮,並迫使其全部電子和質子彼此結合為中子,這樣一來,這顆恆星將一直收縮到所有的中子都彼此接觸為止。到了這一步,這個中子結構物又將會抵製進一步的坍縮,這顆星于是成為一顆中子星。這樣的中子星將把太陽的全部質量壓縮在一個直徑隻有16公裏的球體內。結果,它的表面引力將是地球引力的210,000,000,000倍。

在某些條件下,引力甚至能進一步戰勝中子結構的抗拒。這時候,再也沒有任何東西能夠抵抗得住它的進一步坍縮了。

結果,這顆恆星就會坍縮到體積無限接近于零,而它的表面引力就會無限地增大。

根據相對論,一顆恆星所發射出來的光,當它克服該恆星的引力場而向外射出的時候,將會失去一定的能量。引力場越大,所失去的能量也越大。這一點已經由科學工作者經過天文觀測和實驗室實驗得到證實。

由太陽這樣的普通恆星發射出的光,它失去的能量是很有限的。由白矮星發射出的光會失去較多的能量;由中子星發射出的光會失去比這更多的能量。當這顆中子星進一步坍縮時,就會出現這樣一種情況:從它的表面向外射出的光將會失去它的全部能量,從而根本不可能逃逸出去。

一個比中子星坍縮得更厲害的天體,它的引力場將是如此之強,以致任何靠近它的東西都將被它所捕獲,並且再也不能從它裏面逃逸出去。這就如同被捕獲的物體落進一個無底洞的情況一樣。而且,正如上面所說,甚至連光也不能逃逸出去,因此,這個坍縮了的天體將是黑的。正因為它既像個無底洞,而且又是黑的,所以天文學家就把它叫做"黑洞"。 物體成為黑洞的臨界半徑被稱為史瓦西半徑,質量與史瓦西半徑成正比。

但是有些大的恆星雖然質量大,但是體積也很大,難以發生坍縮。此時恆星在走向生命盡頭時先會發生爆炸,即超新星爆發。爆炸會損失很多物質和能量,在能量損耗達一定程度後,恆星的內部能量就無法和自身引力相抗衡,于是發生坍縮,產生上面所述的過程。

坍縮壞處

簡介

1973年霍金、卡特爾(B. Carter)等人嚴格證明了"黑洞無毛定理":"無論什麽樣的黑洞,其最終性質僅由幾個物理量(質量、角動量電荷)惟一確定"。即當黑洞形成之後,隻剩下這三個不能變為電磁輻射的守恆量,其他一切信息("毛發")都喪失了,黑洞幾乎沒有形成它的物質所具有的任何復雜性質,對前身物質的形狀或成分都沒有記憶。其實這是一種消繁歸簡的命名原則! 于是"黑洞"的術語發明家惠勒(J.A. Wheeler)戲稱這特徵為"黑洞無毛"。

詳細內容

對于物理學家來說,一個黑洞或一塊方糖都是極為復雜的物體,因為對它們的完整描述,即包括它們的原子和原子核結構在內的描述,需要有億萬個參量。與此相比,一個研究黑洞外部的物理學家就沒有這樣的問題。黑洞是一種極其簡單的物體,如果知道了它的質量、角動量和電荷,也就知道了有關它的一切。黑洞幾乎不保持形成它的物質所具有的任何復雜性質。它對前身物質的形狀或成分都沒有記憶,它保持的隻是質量、角動量、電荷。消繁歸簡或許是黑洞最基本的特征。有關黑洞的大多數術語的發明家約克·惠勒,在60年前把這種特征稱為"黑洞無毛"。

影響

黑洞無毛意味著,恆星的許多信息由于坍縮消失了!我們不能知道許多恆星"生前"的資料與事跡。然而,這又大大地增加了預言未來的難度--不知以前的事情,怎能預見未來?幸好我們可以通過其它事物的信息來分析恆星生前的許多信息。

數學概念

坍縮(collapse)為一數學術語,指混亂的疊加態突然結束。

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