太陽會變成黑洞嗎?

撰文 | 阿輝大個

首先宣布答案：不會。

太陽是一種恆星，恆星有點像有生命的個體，也會有從出生，壯年到死亡的演化歷程。恆星肯定會「死亡」，但「死亡」的狀態不一定是黑洞。至於太陽會不會變成黑洞，要從一些基本概念講起。

一、什麼是黑洞

1795年，有一位名叫拉普拉斯的老師根據萬有引力定律指出，一個質量為M的天體，如果其半徑小於,它的逃逸速度將超過光速，即使光也無法從這個天體上逃逸出來。拉皮拉斯稱呼此類天體為「暗星」,因為既然光都無法逃脫，那麼必然看不見。不過這種「暗星」模型在當時看起來十分荒誕，拉普拉斯本人遂未對其展開深入的研究。

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創立了廣義相對論，對經典萬有引力作出新的解釋，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，它的解連愛因斯坦本人也一籌莫展。令人意想不到的是，僅僅幾個月後，在一戰前線的戰壕中，一名德國炮兵中尉給出了這個方程的精確解，這個炮兵中尉名叫史瓦西，他在參軍之前就已經是德國科學院院士。這個精確解遂稱為史瓦西解，它描述了一個靜止，不帶電，球對稱的天體外部的引力場。令人驚異的是，史瓦西解表明，當天體的臨界半徑小於（和拉普拉斯的計算結果完全一樣）時，它的時空幾何將出現奇異行為，天體將會發生坍縮，周圍的物質及射線都將被吸入這個天體的中心無法逃脫。這種神奇的天體，後來被命名為「黑洞」

史瓦西

簡單來說，黑洞就是一種引力極大，密度極大，能吞噬周圍（事件視界以內）一切物質包括光在內的特殊天體。

人類第一張黑洞合成照片

二、恆星的生命周期

那麼黑洞這個「宇宙怪獸」是如何形成的呢？我們需要在恆星的生命周期中尋找答案。

恆星的誕生始於星雲。星雲是一種宇宙中由稀薄的氣體或塵埃構成的天體。不同於天上主要由水（包含氫和氧）構成的白雲，星雲的主要成份是氫，其次是氦。雖然星雲的密度很低，但由於面積分布實在是太大了（100光年），因此其總體質量是非常驚人的，一個普通星雲的質量是太陽質量的上千倍。

星雲不是漫威中的超級英雄，是真正的星雲

宇宙中的星雲，當質量或密度達到一定的程度，在一定的條件下（如星系碰撞造成的壓縮和擾動）會發生引力坍縮，在萬有引力的作用下，星雲中原本相距較遠的物質會越來越緊密地聚集在一起，星雲中心的質量和密度變大，從而使萬有引力變大，進一步吸引周圍的物質，進行正反饋。由於角動量守恆和潮汐作用，星雲會旋轉，並且越轉越快。物質的聚集和旋轉也會使溫度快速升高，這個高溫旋轉的氣體，就是原恆星。

原恆星會演化成什麼結果，主要取決於它自身的質量。對於恆星這種超超超…超大的物體，用千克，噸等單位衡量質量就顯得非常不方便了，習慣上用我們最熟悉的恆星——太陽作為質量單位，來度量天體的質量。

如果恆星質量太小，小於0.08倍太陽質量。要要麼發生氫的聚變形成不了恆星，要麼核心處發生氘核聚變形成棕矮星（或者褐矮星）。

如果恆星的質量介於0.08倍太陽質量和0.5倍太陽質量之間，這種恆星就是紅矮星，比鄰星就是一種紅矮星。

比鄰星不是漫威反派暗夜比鄰星，是真正的比鄰星

緊接著，如果恆星的質量介於0.5倍太陽質量和8倍太陽質量之間，這類恆星發出黃光或白光，因此被稱為黃矮星。太陽就是一種黃矮星。最後，質量超過8倍太陽質量的恆星被稱為藍恆星。

藍恆星

以上是根據質量差異分出的恆星種類，同時也是由於質量不同，它們的壽命也不盡相同，一般來說，質量大的恆星壽命短，質量小的恆星壽命長。一般的，質量大於0.1倍太陽質量的原恆星，其核心引力坍縮導致溫度高達上千萬度，會引發核聚變，聚變會釋放大量的能量並向外輻射，當輻射斥力與引力平衡，恆星就能穩定存在，從而開啟了主序星階段的演化。

三、太陽的歸宿

因為恆星總是不斷地向外釋放能量，它自身的能源總會有耗盡的那一天。主序星階段佔恆星生命歷程90%的時間。科學研究表明，太陽誕生於45.7億年前，而它的主序星大約100億年，可見太陽目前正值壯年。根據質能關係，質量和能量是統一的物理量。太陽在不斷向外釋放能量，其質量也在不斷減少，引力對聚變的控制越來越弱，聚變也因此變得越來越強烈。當太陽到達晚年之時，其核心聚變得太厲害，因此體積會膨脹，變成一個大紅胖子，也就是紅巨星。紅巨星大到吞噬地球軌道，屆時地球將不復存在（被燒化）。這就是電影《流浪地球》的背景設定。

紅巨星持續的時間不會很長，因為隨著太陽體積的不斷增大，其中心的密度和溫度在降低，聚變會減弱，直到某一時刻，引力又會重佔上風，外圍的物質發生脫落向宇宙空間拋灑，內部的物質會發生收縮使核心部分越來越緊密，最終，留下的這團密度極大的核心，就是太陽的主序星階段的最終狀態——白矮星。白矮星的密度大約是太陽目前質量下，體積壓縮到地球大小的密度！白矮星主要依靠電子兼併壓（基於泡利不相容原理）來平衡極其強大的引力，它之所以「白」，是因為它還有具有此前積累的能量，尚且能平緩地釋放殘餘的光和熱，直到能量完全枯竭，星體也就此暗淡，變成看不見的黑矮星。黑矮星目前還未被觀測到，可能是因為白矮星演化到黑矮星的時間長達幾千億年，超過了已知的宇宙年齡。

因此，答案就很明確了，太陽的不會變成黑洞，它的最終歸宿應該是黑矮星。

四、黑洞的形成

那麼問題來了，既然太陽不會變成黑洞，那麼哪類恆星可能會變成黑洞呢？答案就是質量最大的一類恆星——藍恆星。藍恆星也會像太陽那樣在晚年的時候變大變紅，變成一顆紅超巨星。和紅巨星一樣，紅超巨星向周圍激烈拋出外圍物質(超新星爆發)後，其中心會收縮。與紅巨星不同的是，紅超巨星核心質量更大，引力更強，導致電子簡併壓也不足以抵抗引力，電子會鑽進質子內部，變成中子。整個星體全部由中子構成，稱為中子星。中子星的密度遠大於白矮星，每立方釐米重達上億噸！

中子星如果再坍縮，會變成什麼呢？大多數人認為應該就是黑洞了。而紅巨星或紅超巨星拋出的物質會形成星雲，星雲又會在一定的契機下形成新的恆星。恆星的演化是不是很像人類的生老病死呢？至於太陽變成紅巨星之時人類的命運，不用擔心，我們還有50多億年來思考怎麼辦。

恆星演化圖

五、假如太陽變成黑洞會發生什麼？

首先明確，地球不會被吸進去！因為太陽的視界半徑大約為3千米，而地球相距太陽有1.5億千米。即便太陽變成黑洞，只要質量不變，地球受到的引力場沒有任何變化。

那麼地球會有變化呢？首先是光。太陽變成黑洞再經過8分鐘，地球會失去太陽光照，如同夜幕瞬間降臨。然後是溫度，由於失去了太陽供給能量，地球溫度會在短時間內驟降，這會對地球生態和人類社會造成毀滅性的打擊。最終，地球會變成一個溫度只有3K（宇宙平均溫度），一片死寂的世界。

一片死寂的地球

我們常說，水是生命之源。但物理學大師薛丁格在《生命是什麼》中敏銳地指出，生命以負熵為生。其實，我國先賢老子的哲學論述：「天之道損有餘而補不足；人之道，損不足以奉有餘」，這句話就比較恰當地描述了人類社會的負熵的現象。自然界的規律是熵不斷增加，越來越混亂，越來越平均。而生命卻是一個高度有序的集合體，會通過進食、光合作用等方式持續在外部獲得能量（負熵流），來維持內部的有序性，內部外部的總熵依舊是增加的。人類社會亦然，只要經濟社會有序發展到一定程度，財富就會向少數人集中（低熵），而不是越來越平均（高熵），同樣，經濟和社會發展，離不開能源（負熵流）。而太陽就是這樣一個給我們源源不斷提供負熵流的能源池。因此可以說，是太陽孕育了萬物，給予我們生命。好在它尚未年老，還可養育我們很久很久……

參考資料：

1、https://www.bilibili.com/video/BV1Gt411D7tB

2、https://zhuanlan.zhihu.com/p/57449767

部分圖片來自網絡