余晓辉：黑洞、天体演化以及核物理漫谈

传统的看法认为，当质量比较大的恒星的核燃料耗尽时，在自身巨大的引力作用下，它将塌缩成一个密度极高的“黑洞”，这样的“黑洞”具有非常奇特的性质。真的存在黑洞吗？“黑洞”又会怎么演化呢？宇宙中的“非黑洞”又是怎么来的呢？

“黑洞”其实是一个很无理的神话！

“黑洞”的神话源自于对引力的无知，因为大家不知道引力究竟是什么东西，不知道物质的结构是否会影响引力作用。我在此指出，反引力效应是可以实现的，并且是基于引力理论实现反引力效应。虽然这些理论不便在此论述，但是本文指出，系统的结构是会影响引力作用的。让我们来看看考虑了系统结构对引力影响后，天体究竟是怎样演化的？

在自身引力的作用下，恒星内的物质会塌缩靠拢，从而产生核聚变。在此过程中引力势能将转化成核势能，并且系统总的质量将减小。星体内部承受的压强最大，所以任何星体从外至里，物质分布总是按照轻核物质向重核物质过渡，当然这不是绝对地线性的，因为存在系统其它能量的涨落，星体系统的物质分布并不仅仅取决于引力作用。但是引力作用是影响星体物质分布最重要的因素。由于在引力塌缩引发核聚变过程中，系统总的质量会减小，所以引力塌缩不会无限进行，最终会因为星体的物质不断核聚变而达到平衡状态。

有没有证据支持“核聚变过程中系统的质量会减小”这一理论呢？当然是有的！我们知道，原子核是由质子和中子组成的，而中子本质上是由质子和电子组成的。所以按照传统的看法，中子的质量应该和质子的质量非常接近，甚至可以说是相等的。但是分析元素的原子量可以发现，大部分的原子量小于该元素的中子数和质子数之和。这是什么原因呢？例如，原子序数为13的铝总共有13个质子和14个中子，而其原子量为26.98154，原子序数为25的锰总共有25个质子和30个中子，而其原子量为54.9380。以这两个元素数据作一下简单计算，用原子序数减去原子量，不难发现当原子序增加时，原子量的质量亏损也在增加，这是一种普遍的情况。在此我指出，中子数量增多是质量亏损的主要原因。

相对论认为，质量和能量之间有所谓的质能关系。通过上面的分析，很容易发现相对论的这个结论是错误的。因为按照相对论理论，当核聚变（稳定的）吸收能量时，原子质量应该增加。事实与相对论理论恰恰相反。

并不是所有的核聚变都是稳定的，有的核聚变是不稳定的，反而会释放能量而转为核裂变。所以在星体的核聚变过程中，会伴随着核能释放以及非主流的核裂变现象。但是星体最终将会结束核聚变而沉寂。此后该星体又会怎么演化呢？假如没有其它外部因素影响，星体不会有大的变化。但是由于星体的引力作用，外部其它物质会在漫长的岁月中不断被星体俘获，从而使星体的总质量不断增大，引力作用不断增强，引发星体继续核聚变。

我们所知的某些轻核聚变会释放能量，其实更合理的看法是，这些轻核聚变成不稳定的重核，不稳定的重核继发核裂变，由于轻核聚变中消耗的能量小于不稳定的重核裂变产生的能量，所以直观地看到这种轻核聚变会有能量释放。而要这样的过程中满足能量释放大于吸收，必须在最后形成有更轻的粒子出现（比最初参与核反应的某些粒子更轻），因为只有这样才能满足核势能转换特性。核裂变与核聚变往往是相伴相随的，如同复杂的化学反应一样。但是在星体变化的不同阶段，有时核裂变是影响星体变化的主流行为，有时核聚变是影响星体变化的主流行为。所以即使在引力塌缩期间，由于部分轻核不稳定聚变而转为核裂变，可以释放能量而引发少量物质喷发，但是随着核聚变逐渐稳定，这种喷发会越来越少。

由于核聚变不是永远都稳定的，当星体不断吸引外部物质，最终将使核聚变大规模转为核裂变，从而使星体的塌缩现象转为爆发，构成新的星系或恒星系统，这是一个周而复始的过程，是需要漫长时间作用的。

在星体循环演化过程中，引力势能以及物质携带的其它任何形式的势能都可以通过核聚变而转化为核势能，而星体爆发时核势能又转化为动势能和光势能、热势能、引力势能等各种形式的势能。能量和物质在星体的演化过程中都是往复循环的。

按照上面的简单分析，我们不难理解为什么物质中的核子以及原子序数是数字化的，这是因为核聚变和核裂变是形成物质的唯一途径。地球环境与大质量的天体不同，即使这样也能在地球上合成人工元素。不难想象，在大质量星体条件下可能会合成超重核元素，并且在星球内部极高的压强条件下是有可能形成稳定的超重核元素的，但最终将转而变为核裂变，促使星体爆发。由于大规模核裂变时星体系统质量迅速增加，系统引力作用增强，从而形成正反馈效应，加速了核裂变爆发过程。

星体大规模核裂变爆发时的质量取决于引力塌缩初始质量以及外来质量。

从现象来看，太阳正处于引力塌缩期，地球或许是早期核裂变喷发的太阳边缘残体。即使在引力塌缩期，依然存在小规模的周期振荡现象，即小规模的喷发以及缓慢地塌缩，这是必然的，因为大规模的核聚变中还伴随有小规模的核裂变。所以，用“核燃料耗尽而引力塌缩”这样的概念并不准确，核能的释放正来自于引力塌缩激发的核聚变所伴随的核裂变。

设想一下，在遥远的过去，太阳爆发而喷发出一个比较大的个体，这个个体在远离太阳的过程中又一分为二，其中之一是地球，其中之一是月亮。地球与月亮就这样诞生了，因为地球与月亮是同一个体分裂的，且大小接近，故而两者没有相对转动，虽然地球本身在不停自转，而月亮相对地球是静止的，因而月亮朝向地球的相对面始终是不变的。又因为月亮比较小而率先冷却凝固，所以月亮上的岩石年龄要比地球上的更古老。

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