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那些過於優美的主意和理論。

已經到了本書的結尾,我們學到了什麼東西呢?我想是的,黑洞的出現無疑標誌著一場革命的開始。這是變化著的思想和理論世界的革命,也是恆星、星系和宇宙本身的命運正在緩慢地展示出來的真實世界的革命。但是所有的革命都有隱藏的危險。作為毛里斯·梅特林克(Maurice Mae比rlink)一句格言的釋義,黑洞一詞仍然常常只是掩蓋我們無知的一件豪華偽裝。

跪赫羅圖

丹麥天文學家埃納·赫茲普隆(巳nar Her坡prung)和美國普林斯頓大學天文學家亨利·羅素(Henry Russe阿各自獨立地得出了一幅表示恆星的光度與表面溫度之間關係的圖(圖AI)。每一個溫度範圍定義出一種光譜型,從高溫“藍”星的O型一直到最冷的“紅”星的M型。太陽是一顆G型星,“黃”色,表面溫度為開氏覦皿度。

圖上的點並不是無視分佈的,它們的位置反映出恆星演化的輪廓。大多數恆星都集中在一條對角窄帶上,稱為主序帶,主序狀態對應著恆星核心穩定的氫燃燒。這個群體包括著半徑和光度都很小的紅矮星(半徑以太陽半徑為單位在括弧中給出)和很亮的藍巨星。

另一群星在主序帶上方水平地鋪開,它們是光度很大但溫度較低的紅巨星和超巨星。低光度而又高溫度的恆星佔有主序帶下方的一個區域,它們是已經坍縮的白矮星。

單顆恆星在其演化生涯中會在赫羅圖上移動。太陽的演化已在圖上表示出來。最初的收縮過程使它來到主序帶,在這裡它將度過一生的大部分時光。當核心的氫耗盡時,太陽將膨脹成為一顆紅巨星,半徑增大100倍,光度增大1000倍。然後它將進入不穩定階段,一脹一編地脈動,光度也起伏變化,同時逐漸地收縮體積和升高表面溫度。它的最後命運是在以行星狀星雲形式噴射氣體之後,作為一顆枯萎的白矮星而緩慢地死去。

比太陽質量大20倍的恆星將沿不同路徑演化,其主序階段的燃燒將更快,然後膨脹成為紅超巨星,再發生超新星爆發而形成中子星或黑洞。最後這兩種產物只有極小量的輻射或完全不發光,因而沒有在圖上表示出來。

腑秘的贈一鶴翡圖與恆星演化的終結

天體在壓縮和膨脹兩種相反力量的作用下保持平衡。壓縮力可以是組成原子和分子的質子與電子之間的靜電引力,或者是總是趨於使天體收縮的萬有引力。“熱”天體中的膨脹力是熱壓力,因為其中心溫度很高;“冷”天體中的膨脹力則是由於量子力學的不相容原理,它在電子或中於密度超過一定值時起支撐作用。

每一個平衡態都由一種質量與平均密度之間的關係來表徵,也都有這種或那種相反的力進入角色。圖AZ中的質量和密度都以太陽值(ZX10”克和1克/立方厘米)為參照,所以太陽是在座標原點上。

冷天體

由量子力學壓力支援的冷星在圖中由粗黑線表示。灰色區是被禁止的,因為那裡違反了不相容原理。對於質量小於10刁M的天體,主要的壓縮力是靜電引力。相應的平衡態是行星,特徵是有一個不依賴於質量的密度,其值與通常物質相等(1克/立方厘米)。P點表示行星穩定性的限度,近似地對應著木星的質量。在這個限度以上引力成為主要的壓縮力,並給出密度高得多的冷平衡態。

白矮星內部的量子力學壓力來自簡併電子,密度可達1噸/立方厘米。C點是錢德拉塞卡極限,即白矮星的最大質量1.4Mop超過這個限度電子變成“相對論性”的,它們有著接近於光速的速度,而且不能再支撐白矮星。

中子星的內部壓力來自簡併中子。物質更密集得多,達到原子核的密度礦’克/立方厘米。E點是中於星穩定性的限度,相應質量是大約3Mgr在此限度以上中子成為相對論性的,不能再支援星體。對於質量大於3M的天體不存在冷平衡態。

黑洞

黑洞在圖中被表示為一條斜線,與密度軸交於E點,與質量軸交於L點。L點正是米切爾和拉普拉斯所猜想的黑洞:1礦M,l克/立方厘米。由於黑洞態是由引力單獨支配,所有質量和密度的黑洞原則上都可能存在。微型黑洞(圖的底部)質量不大,密度卻極高;巨型黑洞(圖的頂部)則相反,質量極大,而密度不高。如果該線延伸到質量為1023M,則相應密度是10“’克/立方厘米,與宇宙中物質平均密度有相同量級,這似乎意味著宇宙本身可能就是最大的黑洞。

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