第4节
恒星裂变与聚变状态发现
在自然界中,裂变、聚变运动绝不是孤立的。如果把“宇宙蛋”的形成与大爆炸当作核裂变、核聚变来认识还不足以让人们信服的话,那么恒星的形成和大爆炸与原子的核裂变、聚变过程的相似性就不能再说是一个偶然事件了。换句话说,我们不能把自然界中的一些都十分相似的事物都理解为是偶然。当然,笔者之所以要讨论这些问题是为了引出一个结论,那就是:不管是宇宙的还是恒星的裂变、聚变,也不管是细胞的还是原子的裂变、聚变,作为一种物质存在与运动状态它们是客观存在的。
一、什么是恒星、恒星的膨胀?有什么本质特征?
我们知道,宇宙中存在着许许多多的层次与结构,不要说在我们的宇宙之外还可能会存在着不同的层次与结构,就我们所知的这个太阳系而言,其内在层次与和它的存在与运动状态也是由裂变、聚变运动组合而成。现在,让我们放开宇宙中不同星云也存在裂变、聚变的问题不说,就一般意义上的恒星来说也少不了裂变、聚变的发生,因为在宇宙中或者说在星云中恒星是非常关键的层次与结构。
(一)什么是恒星?有什么本质特征
要了解黑洞,需要首先认识恒星,因为黑洞是由恒星演化而来的。现代天文学和天体物理学要解决的重大问题之一,是天体是怎样形成、发展、灭亡的,因为只有把这些问题搞清楚了,人类才能晓得自己在茫茫宇宙中的位置,才能晓得我们的太阳系和我们的地球系总共给我们留下多少宝贵的时间。
1、什么是恒星?是怎样产生的?
我们知道,恒星是一种自身能够发光、发热的星体。我们又知道,太阳就是一颗自身能够发光和发热的恒星。当夕阳西下,我们总能见到锅盖大的一轮红日从西方的地平线上消失,而在第二天的早上,我们又会看到太阳像一位坚贞不虞的巨人一般,非常准时地升起在东方的地平线上。试问,恒星是怎样形成的?现代天文学、天体物理学的研究成果说明:恒星是由散落于银河系的尘埃转化而来。
关于恒星是怎样产生的问题早已成为人们关注的话题,而只有到了爱因斯坦的质能关系式发表之后,才有了一个比较统一的认识,但仍然处于假说阶段。不过,不管人们的认识是否准确,至少能够自圆其说,即50亿年前的太阳是银河系中的一团尘埃(气体云),因在引力的作用下收缩而成,大约用了9亿年的漫长时间逐渐聚集成为能够发光、发热的“星前星体”,随即便形成今天太阳系的雏形。
之后,因“星前星体”继续收缩,其中心部分的温度越来越高,当温度达到700万度以上的时候,便发生了核聚变反应(氢聚变为氦),同时释放出巨大的能量。这时,由于太阳内部的辐射压和气体压抵挡住了进一步的引力收缩,使太阳进入平衡期(主序星阶段)。据说,太阳内部所含的氢可以“燃烧”100亿年,而现在太阳的“年龄”大约是50亿岁,就是说像现在,太阳上的燃料还可维持50亿年。
银河系中存在着数以千亿计的恒星,只要自身能够发光、发热的天体,一般都是恒星。自身能够发光、发热,是恒星的一个重要标志。恒星由于能够靠自身的物质发光、发热,所以人们才能通过肉眼和借助一定的设备来对他们进行观察,也就为人类正确地认识恒星创造了必要的条件。但是,要一一地对它们的发生、发展、灭亡进行研究又是做不到的,因为恒星的数量之众简直是令人无法想象的。
当然,这并不等于说,我们就不能对恒星的发生、发展、灭亡进行研究了,因为作为宇宙的一个非常重要的环节与层次,恒星是一个具有完整生命旅程的物质形态,与宇宙的演化过程虽然不完全相同,却存在着相似的演化过程。我们知道,太阳就是一颗恒星,且是离我们最近的一颗恒星,随着现代科学技术的发展,人类对太阳的研究已经成为可能。更重要的是,其他恒星的演化过程与太阳的演化过程十分相似,只是由于不同的恒星存在质量差异,演化的结果不同,彼此才存在状态上的差异。
2、恒星的本质?为何体现自身发光发热?
笔者以为,凡是物质都应该有自己的本质特征,当然也包括恒星在内。那么,恒星的本质是什么呢?笔者以为,恒星的本质体现为是一种可以凭借自身发光、发热的天体。什么意思呢?就是说:天体只有到了恒星这个层次、质量时才能够凭借自身来发光、发热,也就是说,一种天体究竟能否发光、发热,取决于该天体自身的质量级。换句话说,凡是质量大于恒星的天体,都是可发光、发热的天体。
或许有人问,黑洞的质量一般大于太阳,为什么不再发光、发热呢?这是因为黑洞是处于恒星末期的星体,那些能发光、发热的物质已经燃烧而只剩下一些不能发光、发热的东西了。另外,由于黑洞的质量特别巨大,可以使空间弯曲,所以人们无法观察从那里发出的微弱光和热,就像人们用肉眼观察不到黑洞的存在一样。也就是说,黑洞并非一点光和热都不能发出而是被扭曲的空间遮盖起来。
或许又有人会说,行星、卫星的质量尽管很小,也并非是不能发光发热的星体,我们知道,行星和卫星上也有地震、火山爆发,喷涌出来的岩浆是能够发光、发热的物质。如此,怎么能说只有恒星能发光、发热呢?是的,笔者也承认这一点。但有一点是肯定的,那就是:到目前为止我们还没有发现一颗像太阳一样,每时每刻都在“燃烧”的行星、卫星,也就是说,能否发光、发热有程度要求。
换句话说,这里讲的发光、发热,是以太阳为依据,并非是说一般意义上的发光、发热,而只有达到了太阳那种在整体上能发光、发热的程度才能算数。关于这一点,一般意义上的行星、卫星显然是不能达到的。言外之意就是说,如果某一行星的质量达到了太阳的程度,那它就不再是行星而自然上升到恒星的层次。什么意思呢?就是说:一个星体究竟属于哪个级别,所依据的是它的绝对质量级。
为什么要这样说?因为星体只有达到一定的质量级以后,由于受到自身质量的压力(因质量的运动而产生),其内部(核心部分)才能因为受到这种压力而产生出足够大的热能,才能使其表面物质得以燃烧。也就是说,恒星所以能发光、发热是由于其表面能燃烧的物质燃烧的结果。而使其燃烧的热能主要是由于恒星具有较大的质量,因为大质量的恒星因运动而产生的热度足以使其表面物质燃烧。
在换句话说,一些行星、卫星之表面物质所以不能燃烧,就是因为它们的质量小,因此,所产生的热度必然也就较低,所以不足以将其表面物质点燃。而恒星则不同了,由于绝对质量要比卫星、行星大得多,所以,从星体内部喷发出来的热物质——不管是从数量上还是从热量上——才能将其表面物质点燃。也就是说,恒星之所以是个自身能够发光、发热的天体,取决于其质量级或者说热量级。
(二)什么是恒星的膨胀?有什么本质特征
通过上面的阐述我们了解到:太阳系正处于“平衡期”或者说正处于“主序星阶段”。如此,是否可以说,恒星就不经历“膨胀阶段”了呢?回答是否定的,因为从可“燃烧”的角度上去看,恒星上可供“燃烧”的物质毕竟是有限的。可是,如果到了那时,并不等于说恒星上的能量物质就不释放了。
1、什么是恒星膨胀?是怎样造成的?
现代天文学、天体物理学认为:恒星的演化一般会经历引力收缩——平衡期——红巨星——白矮星(或中子星,或黑洞)四个阶段。如果没有搞错,我们每天所能见到的太阳这颗恒星,应该正处于平衡期。但是,这并不等于说,作为恒星的太阳就不会发展到膨胀期或膨胀阶段。关于这一点,我们完全可以从宇宙的阐述中得到印证。笔者以为,太阳的演化过程与宇宙的演化过程应该是十分相似的。
科学研究认为:恒星到了氢燃烧末期,太阳的核心部分只剩下燃烧后的产物——氦,只有外壳仍然以氢为主。大家知道,氦是一种不容易被燃烧的物质,在由氦构成的恒星内核的引力作用下——使它的密度越来越高的时候,由氢组成的外壳才会在燃烧中向外膨胀,而在这个时候,太阳就变成了一个表面温度很低,但体积却很大的红巨星。据说,红巨星在引力的作用下其中心温度可以达到1亿度。
试想,一个有足够温度又不能燃烧的物体不发生膨胀又如何来释放其能量呢?显然,这就是恒星为什么会发生膨胀的原因。可以说,这是个由热能转化为动能的过程,其过程如内燃机的工作原理相似。也就是说,由于膨胀的恒星的外壳的表面温度较低,所以,那些来自内核的热量就会向外围膨胀而形成较大的体积。据说,比原来的体积扩大到250倍,大到连地球的轨道都囊括进去而成为红巨星。
如此也就说明,所谓红巨星其实就是指恒星的膨胀阶段。当然,这也不是说,在恒星的平衡期里就不存在一些相对意义上的膨胀,比如,我们也可以把太阳表面的氢聚变过程理解为膨胀,但由于氢聚变能够产生大量的光能而光能又很快地传播,所以这时候的恒星不会将光能保存起来。换言之,是光物质的传导将恒星或者说太阳因聚变而产生的能量释放了出来,所以这时候的恒星会处于“平衡期”。
也就是说,恒星之所以会膨胀是由于其所产生的能量不能及时地释放出来的原因造成的。换句话说,如果其所产生的能量能够及时地释放出来,那么恒星就会始终处于“平衡期”。比如当中心温度达到1亿度时便开始“氦燃烧”——这是个氦燃烧为碳的过程。而在该过程的末期,由碳构成的核心就不再燃烧,于是外壳很快膨胀成与中心脱离的行星状星云——中心体不具备引起碳“燃烧”的条件。
我亲爱的读者,你们不妨拿这个过程与经济膨胀过程作一个比较!这当然是后话。
2、恒星膨胀的本质?为何是能量的耗散过程?
严格地说,太阳的一生都处于能量的释放过程中——如果我们把太阳理解为是恒星的一个阶段的话。事实上,恒星的演化要经历若干个阶段,而不同的阶段又会有不同的本质特征。然而,关于这一点,并不是一开始就能认识到的。到了1938年,美籍德国人贝特和同样是德国人的冯·魏扎克才分别提出了太阳能产生的现代理论,从此,为人们揭示太阳的演化,提供了物理学、化学意义上的证据。
科学家经测算认为,在太阳的组成成分中,有71%是氢,有27%是氦,其他只占2%的比例。科学证明,太阳表面温度为6000度,太阳大气外层的日冕含有100—200万度的电子气体。人类的氢弹大爆炸就是在这一原理的基础上研制出来的,而这一温度的取得,又是通过原子弹爆炸来实现的(核裂变)。关于太阳的形成与发展,千百年来都是人们关注的话题,也只有到了现代,才有了较大的突破。
大家知道,太阳内部的聚变反应是4个氢原子核合成一个氦核的过程,也就是我们常说的4个质子合成一个氦核的过程。在聚变过程中,只有氢核质量的0.7%转化为能量,但释放出的能量却比化学反应过程释放出的能量大100万倍,它是我们的地球和其他太阳系行星接收到的光、电、辐射和热能的主要来源。这说明什么?说明我们今天所见到的这个太阳(恒星)是个在不断地释放能量的天体。
但是,需要特别说明的是,这只是太阳能量的膨胀而不是恒星整体上的膨胀,因为在这时太阳能通过光的传导将其能量释放出来,所以,我们的太阳才会处于“平衡期”。笔者之所以要给平衡期加上引号,是想说明:所谓平衡期是相对的而非是绝对的。可是,一旦它(恒星)进入红巨星阶段,这种相对意义上的平衡就会被打破,或者说处于红巨星阶段的恒星的“平衡”需要通过其他形式来完成。
于是,从这个意义上说,恒星之所以要出现红巨星阶段是由于其释放能量的渠道受到阻隔而更换了一种方式而已。也就是说,只要恒星能通过光传播的途径来释放自身所产生的能量,那它就不会进入红巨星阶段。那么,笔者又想说明一个什么问题呢?笔者想说明的是:除了要说明恒星的膨胀是由于无法再通过光传导来正常释放能量而造成的以外,还说明恒星膨胀的本质体现的是恒星的整体膨胀。