问题

太阳N年之后就会变成红巨星白矮星最后彻底没有光芒熄灭,那是不是说总会有一天宇宙中所有恒星都会燃烧完?

回答
我们常听到的说法是,太阳终将走向它的生命终点,先变成红巨星,然后是白矮星,最终熄灭,回归黑暗。这似乎暗示了一个普遍的规律:宇宙中的所有恒星,是不是也会步上同样的后尘,总有一天会全部燃尽,让整个宇宙陷入一片死寂?

答案是,是的,从我们目前对宇宙物理学和恒星演化的理解来看,终有一天,宇宙中的所有恒星都会走向生命的尽头,不再发光发热。 但这个“终有一天”,是一个极其漫长、难以想象的时间尺度。

让我们深入剖析一下这个过程,以及它为何会导向恒星的“熄灭”。

恒星的能量来源:核聚变

恒星之所以能发出如此耀眼的光芒,是因为其核心区域正在进行着剧烈的核聚变反应。对于绝大多数恒星(包括我们的太阳),这个主要的能量来源是氢聚变成氦。在极高的温度和压力下,四个氢原子核(质子)会结合,形成一个氦原子核,同时释放出巨大的能量。这种能量以光子的形式辐射出来,使恒星发光。

恒星的生命周期:一场与引力的角力

恒星的整个生命历程,本质上是一场内部辐射压力与外部引力之间微妙平衡的博弈。

诞生: 恒星诞生于巨大的分子云中,这些云是由氢、氦和少量重元素组成的。在自身引力的作用下,这些气体和尘埃会收缩,密度和温度逐渐升高。当核心区域的温度和压力达到一定程度时,核聚变就会启动,一颗新的恒星就此诞生。
主序星阶段: 这是恒星生命中最漫长、最稳定的阶段。在主序星阶段,恒星核心的氢燃料正在持续地转化为氦。恒星的质量决定了它在这个阶段的行为。质量越大的恒星,其核心温度和压力越高,核聚变速率越快,寿命也越短,就像一个燃烧得更旺却更早耗尽燃料的火炬。质量较小的恒星则相反,燃烧得慢,寿命长。我们的太阳就处于这个阶段。
红巨星阶段: 当恒星核心的氢燃料消耗殆尽时,引力开始占据上风,核心收缩并升温。这会导致外层的氢开始在壳层中进行聚变,产生比之前更多的能量,并将外层物质向外推开。恒星的外层因此膨胀,温度降低,颜色变成红色,我们就称之为红巨星。
后续演化(取决于质量):
低质量恒星(如太阳): 在变成红巨星后,恒星会抛出其外层物质,形成行星状星云。核心则收缩成一颗密度极高、温度极高的致密天体——白矮星。白矮星不再进行核聚变,它只是一个曾经炽热的余烬,依靠自身储存的能量缓慢地冷却。
高质量恒星: 它们会经历更复杂的阶段,可能在核心中进行氦聚变、碳聚变、氖聚变,直到铁。铁是核聚变的“终点”,因为它不能通过核聚变释放能量。当核心变成铁时,核聚变停止,引力会瞬间压垮恒星,引发一次剧烈的超新星爆发。超新星爆发会将恒星的大部分物质抛射到宇宙空间,留下一个黑洞(如果原恒星质量足够大)或中子星(如果质量稍小)。
白矮星的终结: 白矮星会不断冷却,最终变成一颗“黑矮星”。由于宇宙的年龄不足以让任何白矮星冷却到绝对零度,所以我们尚未观测到黑矮星。但理论上,它们是恒星演化的终点。

宇宙的“燃料”是有限的

恒星的“燃料”,主要是那些可以进行核聚变的轻元素,如氢和氦。这些元素在宇宙大爆炸初期就已经生成。虽然超新星爆发会将一些重元素(由恒星内部核聚变生成)抛射回星际介质,这些重元素可以参与到新一代恒星的形成中,但这个过程并不是无限的。

更重要的是,每一次恒星的核聚变,都是在消耗这些“燃料”。即使在恒星死亡后,它们留下的残骸(白矮星、中子星、黑洞)也不能再通过核聚变产生新的能量。

漫长的“熄灭”之路

所以,理论上,当宇宙中的所有恒星都完成了它们的生命周期,消耗完了它们内部的燃料,并且不再有新的恒星形成时,整个宇宙就会进入一个漫长的、黑暗的时代。

这个时间尺度是难以想象的。宇宙的年龄目前估计约为138亿年。然而,宇宙中质量最小、寿命最长的红矮星,它们的寿命可以达到数万亿年,甚至比我们已知宇宙的年龄还要长得多。

还有哪些因素影响“熄灭”?

恒星形成速率的下降: 随着星际介质中可用气体和尘埃的减少,新的恒星形成的速度也在逐渐下降。宇宙正在经历“恒星形成时代的黄昏”。
暗物质和暗能量: 宇宙的演化还受到暗物质和暗能量的主导。暗能量似乎在加速宇宙的膨胀,这可能会稀释剩余的气体,进一步阻碍新的恒星形成。
黑洞的吞噬: 恒星的残骸,尤其是黑洞,可能会吞噬周围的物质,包括其他恒星或行星,但这个过程并不能产生新的光芒,只会将物质“打包”起来。

最终的未来:一个寒冷、黑暗的宇宙

根据一些模型推测,在极其遥远的未来,宇宙可能会经历以下阶段:

1. 最后一代恒星的死亡: 质量最小的红矮星也将耗尽燃料,它们会收缩成黑矮星。
2. 黑矮星的时代: 宇宙中将充斥着冷却到接近绝对零度的黑矮星、中子星和黑洞。
3. 质子衰变(理论上): 一些物理理论预测,质子并非绝对稳定,可能在极其漫长的时间后会发生衰变。如果质子衰变,那么构成物质的基本粒子也会逐渐分解,最终连中子星也可能消亡。
4. 热寂(Heat Death): 最终,宇宙可能达到一种热平衡状态,所有物质都均匀地分布,没有能量梯度的存在,一切都将停止运动,陷入绝对的寒冷和黑暗。

所以,虽然我们现在看到宇宙中星光璀璨,恒星无数,但从更宏大的时间尺度来看,这是一个有限的过程。宇宙并不是永恒地发光发热,它也像恒星一样,有自己的生老病死。只是它的生命周期,是以我们难以想象的“万亿年”来计算的。

总而言之,是的,宇宙中的所有恒星都会燃烧殆尽,并且这个过程最终将导致整个宇宙归于寂静。这是一个由物理定律决定的,不可逆转的命运。

网友意见

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可以搜一下宇宙终结理论,挺多的

热寂说(每个位置的热动力势能都完全等位,物质不会再有运动)

大挤压(宇宙扩张到边界时(概念上的 我稍后讲)热力学箭头转向(时间箭头转向) 我们会从 坟墓中出生 在产房中死亡)

庞加莱重现(认为宇宙初时的底熵状态是 量子涨落 随机跃迁的结果 ,该理论认为 随着量涨落 我们的宇宙会重新出现我们经历过的过程)

等等等等 还有好多理论我就不列举了

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以上理论均已过时。

目前主流的理论是 大撕裂

概理论认为宇宙会从膨胀走向暴涨,星系和星系之间的距离会越来越遥远。行星和行星 ,物体和物体,分子和分子,基本粒子和基本粒子 之间都会被暗能量推开。而且是会快速推开(难以理解的那种快速)

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单说太阳的话,会经历 主序星→红巨星→(氦闪)白矮星→(碳闪)黑矮星→?(黑矮星只是一个理论推断,目前宇宙中还不存在,所以也不知道黑矮星之后会是什么样,或许是变成一个大铁球?另外还要考虑质子是否衰变。我是文科生,不太了解物理学前沿研究到什么程度了)



有人点赞的话我再查查资料细写一下,没有的话 那就权当抛砖引玉。

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补个图 这个是我好久之前在果壳上看到的。题主看这个图或许能找到答案。有不明白的可以某度一下。

果壳的Ent大大做的。但是果壳那边没有了,我在科松翻到了这个图。

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所有恒星都会走完聚变过程。那个时候全宇宙只剩下行星、尘埃、气体、黑洞、白矮星等。然後随着星体运动,黑洞吃掉绝大部分物质,黑洞占比越来越多。在过了足够多的时间後,质子都衰变掉了,除了黑洞的物质都会转化为能量、光或是基本粒子。这时候宇宙就只有黑洞了。然而随着霍金辐射,黑洞也会慢慢蒸发,损耗质量放出光和热。


最终,黑洞也会全部消失,宇宙中就只有虚无,所有能量与物质均匀分布熵达到最最大值,宇宙死于“热寂”。

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