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[!--downpath--]科普讀懂君《科普數學100課》系列
【第十七課：星光體的生命】
這段時間科普量子熱的知識很多，讀者可能看膩了。 明日換口味說星。
事實上，很多人對恒星知之甚少，基本停留在主動發光的物體就是恒星的概念上。
事實上，作者會拒絕晦澀難懂。 依然保持著簡潔的文風。
故事從人類思維難以理解的層面開始。 在這個層面上，有一個“東西”在抱怨：啊，受不了了，我的密度太高了，感覺特別“擠”，默默的要炸了，就炸了！ 這就是奇點，它的體積無限小，密度無限大。 它在138.2億年前爆炸，從此有了物質、時間和空間。 這就是大爆炸。
其實一開始吹的元素很簡單，基本就是氫，重元素就是后話了。 氫元素很快相遇并結合成一種新元素，即氦。
宇宙誕生之初，99%的物質結構都是氫和氦。 事實上，其中大部分是氫氣。
星云中的氫元素數不勝數，實在是太多了。 在引力的作用下，氫分子會聚集在一起，就像滾雪球一樣，越聚越多。 氫元素在一定程度上結合形成了原始天體。 它的引力使更多的氫元素投入了懷抱。
原天體的引力越來越強，外面越來越多的氫元素與天體碰撞，沖擊力也越來越大。 天體核心的氫原子越來越密集，能量和動量也越來越大。 天體核心的氫原子運動越來越劇烈，宏觀表現為溫度越來越高。
當水溫達到數千萬攝氏度時，地核中的氫元素相互碰撞的強度會導致彼此的原子核剛好粘在一起。 原子核一旦靠近，就會產生核力，就很難分開了。 因此，四個氫原子加起來形成一個新的原子核，這就是氦原子核。
其實你會指出，四個氫原子核攜帶四個質子，合成后也是鈹元素。 不會，因為質子中的夸克會重新結合，導致質子變成中子。
從氫變成氦不過是原子核的重組，這就是核聚變，會釋放出大量的能量，也就是高能光子（伽馬射線）
這種高能光子是從原天體的核心區域爆發出來的，然后飛了出去。
核心區外被大量的氫元素包圍著。 這個高能光子要一個個穿過周圍的氫元素，才能沖破重圍。 因此，原本的高能光子首先將能量傳遞給被第一層包圍的氫元素，而這個氫元素吸收高能光子，然后釋放光子，一層層向外擴散。 每一層都會“腐蝕”一部分高能光子的能量。 直到這樣的高能光子突破了原天體所有氫元素的包圍，來到了宇宙中，它們的能量已經增加了不少。 這就是我們能看到陽光的原因。
高能光子是波長極短、頻率極高的電磁波。 它們的波長小于10^-12m，而可見光的波長在3.8×10^-7m到7.8×10^-7m之間。 只有當高能光子的波長降低到可見光范圍內，我們才能看到它。 高能光子的能量減少意味著波長更長。 所以我們之所以能看到太陽光，是因為太陽中部的氫元素對核心區發射的高能光子的能量“腐蝕”到了太陽的外圍。
恒星的核心不斷地進行核聚變，并釋放出高能光子。 核聚變反應不會在恒星的中部到表面發生，因為溫度太低，不符合開始核聚變的條件。 所以我們看到的光都是太陽核心發出的光子。 這種光子不容易從太陽中逸出，除了被外圍元素的能量波摩擦之外，還會滯后很長時間。
從太陽核心發出的光要經過數百萬年才能離開太陽。 這是因為核心發射的光子會被相鄰外圍氫原子的核外電子吸收，吸收能量的電子處于爆發狀態，然后釋放光子，新釋放的光子再傳輸向更外圍的氫原子……這樣推，直到它脫離太陽表面。 這些吸收-釋放-再吸收-再釋放……過程需要時間。
按理說，太陽核心外的氫元素應該向上坍縮，因為核心有強大的引力。 但為什么太陽能保持相對穩定的體積呢？
這是由于太陽核心的核聚變不斷釋放能量，其強度足以抵抗引力。
一開始，太陽的核心區域只發生了核聚變，外面的原子還在吃瓜。 因為它們被核心釋放的能量射流“炸”了，進不去充當燃料！ （這是恒星的主序星階段，太陽目前處于這個階段，可以維持50億年）
當恒星核心區的氫全部凝聚成氦后，進一步的核聚變必然凝聚成更重的原子核。 而且融合度越高，需要的溫度就越高。 此時，核心的溫度不足以打開從氦聚變成更高元素的條件。
于是核心區的聚變反應暫時停止了。 而且與核心區相鄰的外圍氫元素對聚變的濕度沒有那么嚴格的要求，所以核聚變開始向外移動。
向外運動的核聚變會形成大量的氦，這些氦會落入恒星的核心，越來越多的氦會被核心吸收，導致核心物質密度下降，溫度升高，終于達到了啟動第二輪核聚變的條件。
此時，核心的聚變反應已經從氦變成碳，而外圍的聚變還在氫變成氦的過程中。 如果核心中的所有氦都聚集成碳或氧，需要更高的溫度才能開始更高層次的聚變，即從碳到硅再到鐵，所以核心區會暫時停止。 與此同時，核聚變繼續向外移動到恒星表面，向外聚變的產物就是內部聚變燃料。 恒星表面的氫凝聚成氦，氦在外層作為氦→碳的聚變燃料，碳在外層作為碳→硅的聚變燃料。 如此一來，核心區域便凝聚成了鐵元素。 在絕大多數情況下，恒星會與鐵元素融合。 由于鐵的結合能最高，需要極高的濕度，至少100億攝氏度，才能破壞鐵的原子核，從而聚集更高等的元素。 這些惡劣的條件阻止了恒星中的元素融合成鐵以上的元素。 其實也有極端的情況，比如超新星爆炸、中子星并合等。
如果太陽內部和外部同時融合，這樣釋放出來的能量會比之前大很多。 巨大的能量將太陽內部的物質向外推，于是太陽的體積越來越大，變成了一顆紅色的球星，其直徑足以吞噬水星、金星甚至月球。 事實上，一些天文學家將紅球星的膨脹視為第一次超新星爆炸。
月球上的重金屬完全來自恒星的超新星爆炸，也被稱為元素的長生不老藥。
如果沒有恒星，宇宙基本上就是氫和氦。 事實上，沒有生命。 我們體內的碳、氧、鐵等金屬，都是恒星“煉金”的結果。
科學家認為，在太陽出現之前，太陽系至少發生過一顆超新星爆發。 爆炸后的能量擠壓了原本星云的積累，加速了太陽的誕生。 與此同時，大量的重元素在重力作用下被甩出形成。 行星。
如果恒星的所有燃料都燃燒殆盡，那么所有的物質都會在引力的作用下向內坍縮。 這些坍塌擠壓了恒星中自由電子的空間，將它們推入原子核并與質子電抵消，導致原子核自毀，釋放出更多能量。
這是第二次超新星爆炸，規模比第一次大得多。 事實上，太陽并沒有發生第二次超新星爆發原子發光現象有哪些，因為太陽的質量太小，其引力不足以將自由電子壓入原子核。 這時，引力被電子的簡并壓所阻擋，這就是白矮星。 太陽的質量決定了它的目的地只能是一顆白矮星。
如果一顆恒星的質量超過太陽的1.4倍，理論上，它的引力可以將電子推入原子核，抵消質子，使原子核變成中子。
如果恒星質量大約是太陽質量的 1.4 倍但超過太陽質量的 8 倍，則恒星的引力將不足以將兩個中子壓在一起。 因為中子也有簡并壓抵抗相互擠壓，此時中子的簡并壓抵抗進一步的引力坍縮。 所以這顆星就變成了中子星。
如果恒星的質量比太陽大幾十倍，那么它的引力就足以戰勝中子的簡并壓力。 中子全部被壓成一塊原子發光現象有哪些，導致天體的密度越來越大，體積越來越小。 表面的逃逸速度超過了光速，所以變成了黑洞！
引力總是導致恒星中的物質向核心坍縮。 開始時，引力坍縮受到電子簡并壓力的抵抗。 如果它抵抗，那么這是一顆白矮星。 如果不被抵抗，那么中子的簡并壓力抵抗引力坍縮，此時抵抗引力，那么它就是中子星。 沒有反抗的話，就只能把它變成黑洞了！