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你知道吗--现代科学中的100个问题-第4部分
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一颗脉动得这样快的脉冲星，如果单凭肉眼或者仅仅依靠普通的仪器来进行观察，它的光就似乎是很稳定的。
然而，脉冲星到底是一种什么样的星呢？一个天体如果会以周期性的间歇发射出能量的话，那么，在这间歇的时间内，它一定正在发生某种物理现象。例如，它也许是一个正在一会膨胀一会儿收缩的天体，并在每一次收缩时发射出一股能量。或者它也许正绕着自己的轴或围绕着另一个天体运转，并且每绕一周，就发射出一股能量。
难以解决的一个问题是：这种脉动为什么会进行得这样快，长的是每４秒钟脉动一次，短的则是每隔１／３０秒就脉动一次。第一，这种脉冲星必定是一个非常炽热的物体，否则它就不可能发射出这样大的能量。第二，它必定是一个很小的天体，否则它绝不可能脉动得这样快。
科学工作者以往所观测到的最小天体是白矮星。白矮星的质量可以和太阳的质量一样大（其炽热程度也可能和太阳差不多或者更大），但它的体积则不会比地球大。既然如此，这样的白矮星是否可能通过膨胀或收缩或者通过自转而发出脉冲来呢？会不会是两颗白矮星在那里彼此绕着转动呢？但是，不论天文学家用什么样的理论来解释这种现象，他们都无法想象出白矮星为什么会运动得这样快。
既然不可能是白矮星，那么，有没有可能是更小一点的天体呢？天文学家曾经根据理论作出了一个预测，认为恒星在引力的作用下可能坍缩到非常致密的程度，以致恒星里的所有原子核都被挤压而彼此紧挨在一起。在这种情况下，电子和质子将会相互作用而形成中子，结果，这个恒星将会成为一团“中子浆”。这样的“中子星”的质量可能有太阳那样大，但直径却只有十来公里。
不过，还没有人探测到中子星；由于中子星是如此之小，所以有些天文学家担心宇宙间即使有中子星存在，人们也无法探测到它。
可是，这样小的天体应当会飞快地自转，因而就会产生这样的脉冲。这是因为在这样的天体上可能会出现这样一些条件，使得其中的电子只能通过该中子星表面的某些点逃逸出来。这样，当中子星自转时，电子就会像一个旋转着的喷头中喷出的水那样从其中喷射出来，每旋转一周，就会朝地球的方向喷射出一些电子，从而产生射电波和可见光。
美国康奈尔大学的戈尔德曾经指出，如果情况真是这样，那么，中子星将会逐渐失去能量，因此，它的脉动率就应当会逐渐减慢。他的推论经过了检验，并发现实际情况确是如此。因此，就目前看来，脉冲星很可能就是天文学家曾经担心永远无法探测到的中子星。
第14节
一个原子的直径，大体上说，约为１０…8厘米。在普通的固体和液体中，原子与原子之间靠得很近。实际上是相互接触的。因此，普通固体和普通液体的密度取决于以下三个因素：一是原子的大小，二是原子在其中的密集程度，三是单个原子的重量。
在普通的固体当中，密度最小的是固态氢，它的密度是每立方厘米０．０７６克。密度最大的是稀有金属锇，它的密度为每立方厘米２２．４８克。
如果原子是一个不可压缩的固态小球，那么锇应当是所有物质当中密度最大的了。这样，一立方厘米物质的重量绝不可能超过一公斤，当然就更谈不上会有几吨重了。
但是原子并不是固态的，新西兰出生的物理学家卢瑟福早在１９０９年就曾经证明，原子中的大部分空间是空的。原子的外围只含有非常轻的电子，原子的９９．９％的质量都集中在其中心的原子核内。×米×花×书×库× ；www。7mihua。com
原子核的直径约为１０…13厘米（或者说约为原子本身直径的１／１００，０００）。如果一团物质中的原子能被很紧很紧地挤压到一起，以致其中的电子都被推开，原子核被迫相互接触，那么，这团物质的直径就会缩小到只有原来直径的１／１００，０００。
如果我们的地球被压缩成为一团原子核，其中的所有物质就将被挤压成一个直径只有１２８米的球体。太阳如果也受到这样的挤压，它将成为一个直径只有１３．９２公里的球体。如果宇宙的全部已知物质都被转换为相互接触的原子核，那么，它们将会成为一个直径为几亿公里的球体，可以绰绰有余地纳入太阳系的小行星带中。
恒星中心的热和压力能够破坏原子的结构并使原子核开始挤压到一起。太阳中心的密度要比锇原子的密度大得多，但是其中的一个个原子核仍然可以不受阻碍地自由运动，其中的物质仍然呈气体状态。有一些恒星却几乎完全由这样一些已被破坏的原子所组成。例如，天狼星的伴星就是一颗并不比天王星大的“白矮星”，但是它的质量却和太阳一样大。
原子核是由质子和中子组成。所有质子都带有正电荷并会相互排斥，因此不可能把一百个以上的质子集合在一处。然而中子是不带电荷的，在适当的条件下，无数中子能够积聚在一起而形成一颗中子星。人们认为脉冲星就是这样的中子星。
如果太阳一旦变为一颗中子星，它的全部质量将会被挤压成一个直径只有现有直径的１／１００，０００的球体，或者说将成为一个体积只有现有体积的１／１，０００，０００，０００，０００，０００的球体。这样一来，它的密度将会是其现在密度的１，０００，０００，０００，０００，０００倍。
太阳目前的总密度是每立方厘米１．４克。如果它一旦变为中子星，它的密度就将成为每立方厘米重１，４００，０００，０００，０００，０００，０００克。
这就等于说，中子星上的每一立方厘米物质重达１，４００，０００，０００，０００吨（１４亿吨）。
第15节
为了了解什么是黑洞，让我们先从太阳这样的恒星谈起。我们知道，太阳的直径为１，３９２，０００公里，它的质量为地质质量的３３０，０００倍。在这样大的质量、从表面到中心的距离这样长的情况下，位于太阳表面的任何东西所受到的引力大约相当于地球表面引力的２８倍。
任何一颗普通的恒星都会由于下述两种因素的相互平衡而保持其通常的大小。其中一个因素是恒星中心有非常高的温度，因而会使恒星的物质经常处于膨胀的状态。另一个因素就是它本身具有很大的引力，从而会使恒星的物质倾向于收缩而挤压在一起。
但是在恒星生存期的某一阶段，其内部温度将会降低，这样一来，引力将会成为一个主导的因素，结果，这颗恒星就会开始坍缩，在这个过程中，恒星内部物质的原子结构会遭到破坏。这样一来，原子将不复存在，替代它的将是一个个电子、质子和中子。这颗恒星将会坍缩到这样一种程度，这时电子的相互排斥力将使该恒星不能够再进一步坍缩。★米★花★书★库★ ；http：//www。7mihua。com
这颗恒星于是就成为一颗“白矮星”。像太阳这样的恒星一旦坍缩成为一颗白矮星，它的全部物质将被挤压成为一个直径只有大约１６，０００公里的球体，它的表面引力将变成地球表面引力的２１０，０００倍（因为它的质量虽然没有变，但是从表面到中心的距离则大大缩短了）。
在某些条件下，引力将变得如此之大，甚至能战胜电子之间的排斥力。结果，这颗恒星将会再度坍缩，并迫使其全部电子和质子彼此结合为中子，这样一来，这颗恒星将一直收缩到所有的中子都彼此接触为止。到了这一步，这个中子结构物又将会抵制进一步的坍缩，这颗星于是成为一颗中子星。这样的中子星将把太阳的全部质量压缩在一个直径只有１６公里的球体内。结果，它的表面引力将是地球引力的２１０，０００，０００，０００倍。
在某些条件下，引力甚至能进一步战胜中子结构的抗拒。这时候，再也没有任何东西能够抵抗得住它的进一步坍缩了。结果，这颗恒星就会坍缩到体积等于零，而它的表面引力就会无限地增大。
根据相对论，一颗恒星所发射出来的光，当它克服该恒星的引力场而向外射出的时候，将会失去一定的能量。引力场越大，所失去的能量也越大。这一点已经由科学工作者经过天文观测和实验室实验得到证实。
由太阳这样的普通恒星发射出的光，它失去的能量是很有限的。由白矮星发射出的光会失去较多的能量；由中子星发射出的光会失去比这更多的能量。当这颗中子星进一步坍缩时，就会出现这样一种情况：从它的表面向外射出的光将会失去它的全部能量，从而根本不可能逃逸出去。
一个比中子星坍缩得更厉害的天体，它的引力场将是如此之强，以致任何靠近它的东西都将被它所捕获，并且再也不能从它里面逃逸出去。这就如同被捕获的物体落进一个无底洞的情况一样。而且，正如上面所说，甚至连光也不能逃逸出去，因此，这个坍缩了的天体将是黑的。正因为它既像个无底洞，而且又是黑的，所以天文学家就把它叫做“黑洞”。
天文学家目前正在宇宙的各个角落寻找可证明确有这种黑洞存在的证据。
第16节
这个问题的答案取决于你所说的是什么样的恒星，以及你所指的是恒星的哪一个部位。
在我们能观测到的恒星中，９９％以上都和太阳一样，属于称为“主序星”的一类。至于恒星的温度，我们一般是指恒星的表面温度。下面我们就从这里谈起。
任何恒星都具有一种在其自身的引力作用下发生坍缩的倾向，但是当它坍缩时，它的内部会变得越来越热。而当它的内部温度越来越高时，这颗恒星就有一种发生膨胀的倾向。最后，两种倾向会达到平衡。结果，这颗恒星便达到了某种固定的大小。一颗恒星的质量越大，为了平衡这种坍缩所需要的内部温度就越大，因而它的表面温度也就越高。
太阳是一颗中等大小的恒星，它的表面温度为６０００℃。质量比它小的恒星，其表面温度也比它低，有一些恒星的表面温度只有２５００℃左右。
质量比太阳大的恒星，其表面温度也比太阳高，可达１０，０００℃、２０，０００℃，甚至更高。在所有已知的恒星中，质量最大、因而温度最高、亮度最大的恒星，其稳定的表面温度至少可达５０，０００℃，甚至可能更高。也许可以大胆地说，主序星的最高的稳定表面温度可以达到８０，０００℃。
为什么不能再高呢？质量再大的恒星，其表面温度会不会比这还要高呢？到这里，我们不得不停下来。因为，一颗普通恒星，如果具有这样大的质量，以致它的表面温度竟高达８０，０００℃以上，那么，这颗恒星内部的极高温度就会使它发生爆炸。在爆炸时，也许在瞬间会发出比这高得多的温度，然而当它爆炸之后，剩下来的将是一颗更小和更冷的恒星。
但是恒星的表面并不是温度最高的部分。热会从它的表面向外传播到该恒星周围的一层很薄的大气层（亦即它的“日冕”）。这里的热量从总量上说虽然不算大，但是，由于这里的原子数量同该恒星本身的原子数量相比是很少很少的，以致每一个原子可以获得大量的热供应。又因为我们以每一个原子的热能作为测量温度的标准，所以，日冕的温度高达１，０００，０００℃。
此外，恒星的内部温度也比其表面温度高得多。要使恒星的外层能够战胜巨大的向里拉的引力，就必须是这样。已经查明，太阳中心的温度大约为１５，０００，０００℃。
自然，那些质量比太阳大的恒星，它们不但表面温度更高，中心温度也同样会更高。同时，对于具有一定质量的恒星来说，其核心的温度一般总是随着它的年龄的增长而越来越高的。有一些天文学家曾试图计算出，在整个恒星爆炸的前夕，其核心的温度可以达到多少度。我所看到的其中一种估算，认为最高可达到６，０００，０００，０００℃。
那些不属于主序星的天体，其温度有多高呢？尤其是那些在六十年代新发现的夭体，其温度可达到多少度呢？例如脉冲星的温度可能达到多少度呢？有些天文学家认为，脉冲星实际上就是非常致密的“中子星”，这种中子星的质量虽然和一颗普通恒星一样大，但是它的直径只有十几公里。这样的中子星的核心温度会不会超过６，０００，０００，０００℃这个“最大值”呢？此外，还有类星体，有人认为类星体可能是由数百万颗普通恒星坍缩而成的，既然如此，这种类星体的核心温度又有多高呢？
所有这些问题，迄今为止，还没有人能够回答。
第17节
我们知道，当质子和中子相互结合而形成原子核时，这样的结合不但是一种较稳定的结合，而且所含有的质量要比同样一些质子和中子单独存在时所含有的质量少。因此，在发生这样的结合时，多余的质量就会转变为能量而被发射出去。
一千吨氢（氢核由单个质子组成）可以转变为９９３吨氦（氦核由两个质子和两个中子结合而成）。失去的这７吨质量将作为同它等效的能量而被释放出来。
凡是象太阳这样的恒星都会辐射出以这种方式形成的能量，太阳每秒钟会把大约６３０，０００，０００吨氢转变为略少于６２５，４００，０００吨氦。换句话说，它每秒钟会失去４，６００，０００吨质量，然而即使在这种惊人的速率下，太阳仍然含有足够多的氢，以保证这种过程继续不断地进行数十亿年之久。
不过，太阳的氢供应量总有一天会消耗殆尽。这是不是说，到了那一天，这样的聚变过程将会终止，太阳从那时起将会成为一颗冷星呢？
情况并非如此，因为氦核并不是质子和中子的一种最“节约”的组合方式。氦核还可以经过聚变转化为更加复杂的原子核，例如可以经过聚变而成为象铁原子等一类很复杂的原子核，同时发射出更大的能量。
由此可见，前面所说的那１，０００吨氢聚变为９９３吨氦之后，还可以进一步聚变为９９１．５吨铁。也就是说，当氢聚变成氦时会有７吨质量转变为能量，而当氦聚变为铁时，只有１．５吨的质量转变为能量。
然而，到了氢原子都聚变为铁原子，聚变过程就到头了。因为在铁原子核中，质子和中子是以最稳定的形式组合在一起的。铁原子的任何转化，不论是转化为较简单的原子，还是转化为更复杂的原子，总是吸收能量、而不是放出能量。
因此可以说，当一颗恒星发展到“氦阶段”时，它已经用掉了五分之四可资利用的聚变能，而当朝着“铁的阶段”发展时，它放出剩下的那五分之一的聚变能，全部聚变能到此就用完了。
但是再往后又将发生什么情况�
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