[S02] 091 黑洞与恒星的命运

一、最早的黑洞叫做：暗星

1、拉普拉斯这1796年第一版《天体力学》中根据万有引力定律，和牛顿光学中把光描述成微粒的理论，描述了一个天体发光极限半径的暗星。

2、不过那个理论在《天体力学》第三版中删除了，因为出版之前托马斯·杨的双缝干涉实验强有力的证明光是波动，所以从前把光当做微粒就站不住脚了。

3、当时算出的暗星的半径阴差阳错，两个错误抵消后的样子和使用广义相对论对黑洞半径的公式竟然一样，但这不能算数。

二、场方程中的奇点

1、广义相对论场方程是个二阶偏微分方程，很难解，史瓦西提出了一个度规，解出的方程中存在很多奇点。

2、通过坐标变化把史瓦西解处理一下，会去掉其中一部分奇点，剩下的就叫做广义相对论史瓦西度规下的奇点。

三、奥本海默最先研究黑洞

1、在1939年奥本海默利用数学家的结果，对史瓦西解做了数值分析，认为如果星体的密度超过一亿吨每立方厘米的话，光线就没法逃脱。

2、当时天文发现中没有这么高密度的星体，但是发现了白矮星，而且白矮星占比所有恒星10%，不过刚刚走到这一步，奥本海默就被征召去研发原子弹了。

3、奥本海默后来升任曼哈顿计划实验室主任，被称为原子弹之父，但二战结束后被美国政府换衣他是左翼分子，遭到长期监视和调查。

4、爱因斯坦和其他158位物理学家多次声援奥本海默，但无济于事，直到1963年，肯尼迪上台后才给奥本海默平反。

5、惠勒在1964年接手奥本海默之前的研究，用大型计算机做了模拟，确认物质质量只要够大，会发生曲率极大的地方，让光都无法逃脱。

6、奥本海默收到惠勒的进展已经心灰意冷，3年后因喉癌去世。

四、先发现理论后出现证据，是个折磨

1、想通过数学推导得到理论，但观测水平落后，所以没有证据，如果时间持续很久，物理学家的学术生涯可能会比较痛苦。

2、在1970年左右加州理工大学的约翰施瓦茨教授就一直在研究当时冷门的弦理论，这个理论要求弦存在于一个真正的9维空间中，有3维是我们熟悉的，还有6个维度需要非常小，小到我们测不到。

3、这样的理论曾经遭到很多物理学家的唾弃，加州理工大学的物理系很多人都瞧不起约翰施瓦茨，不过到了1980年，这个势头终于扭转过来了。

五、恒星的命运

1、由星云通过引力聚合在一起，随着聚合，引力势能逐渐变成热，这种热最终能提供一个足以发生核聚变的条件，氢变成氦，他可以维持燃烧几十亿年。

2、在恒星核心处的氢元素用完之前，恒星都叫做主序星，核心处的氢烧完后，聚变会在外层发生，这个时候恒星会巨幅的膨胀，这时他被叫做红巨星。

3、如果太阳变成了一个红巨星，太阳半径会覆盖火星轨道，但水星、金星、地球、火星这几个岩石行星还会在太阳内部继续绕着太阳核心公转，因为红巨星外层的气体非常稀薄，比实验室制造的真空还要稀薄，只是因为温度高，那时地球上的生命已经完结。

4、当所有可聚合的氢都燃烧结束，红巨星就会快速坍缩，成为白矮星，如果那个红巨星的质量大约太阳质量8倍以上，就不会停留在白矮星阶段，而会发生超新星爆炸。如果低于8倍，之后就会变成白矮星不变了。

5、超新星爆炸后，如果残存的物质质量低于1.4倍太阳质量（钱德拉塞卡极限），残存的物质也会变成白矮星，如果超过1.4倍太阳质量，会变成中子星。

6、白矮星的观测比理论出现的早了100多年，当年是通过观测天狼星发现这颗恒星在绕着一个中心公转，恒星本是不动的，但是天狼星离地球只有9光年，所以还是终于观测到了这种运动。其实天狼星是一个双星系统，天狼星是A，还有一个天狼星B，是一个白矮星。

六、白矮星的解释

1、原子占据的空间中，原子核只占非常小的部分，大部分空间都是电子运动的区域，电子的能量状态决定了分子结构，也是因为这个由电荷力维持的空间让我们不会陷入土壤，让我们的屁股还能由椅子支撑。

2、但实际上这个空间里是可以容纳更多电子的，当有巨大压力的时候，电子的能量状态密度会很高，同一个能量状态还会排满一对儿自旋反向的电子。于是原子占据的空间会小很多。于是恒星变为白矮星后体积会大幅削减。