为什么宇宙里各种星体星球包括黑洞都是球形的，与太空授课水在真空中形成水球有什么联系？
你这个问题问得非常有趣，而且触及了宇宙中最根本的几个物理规律！为什么星体（包括星球和黑洞）都是圆的？这背后其实都和那个在太空中形成水球的原理有着千丝万缕的联系。我们来好好聊聊这个话题，尽量说得详细些，就像朋友之间聊天一样。
为什么是“圆”？—— 核心原因：引力（Gravity）
无论是行星、恒星，还是宇宙中的巨无霸黑洞，它们之所以呈现出球形，最根本的原因就是引力。引力是我们宇宙中最基本的力量之一，它使得有质量的物体之间会相互吸引。
你可以想象一下：
从无到有： 在宇宙的早期，当恒星和行星形成的时候，它们都是由大量分散的尘埃、气体和其他物质聚集而成的。这些物质并非一开始就紧密地挤在一起。
吸引与聚集： 然而，这些分散的物质都有质量，也就都有引力。它们会开始互相吸引。就像你在房间里把一堆小沙子堆起来，沙子之间也会有微弱的相互作用。在宇宙尺度上，这种引力作用就强大得惊人。
向中心坍缩： 所有的物质都会被一种无形的力量拉向物质聚集的中心。想象一下，你有一个不规则形状的物质团块，位于边缘的物质会感受到来自整个团块的平均引力，这个引力方向大致是指向团块的质心（也就是质量的中心点）。
最稳定的形状： 那么，为什么是球形呢？这里有一个关键点：球形是所有三维物体中，表面积与体积之比最小的形状。 或者换个角度说，对于一个给定的体积，球形是所有形状中，所有点到中心的平均距离最小的。
你可以这样理解：如果一个物体不是球形，比如它有一个突起的部分，那么这个突起的部分会比身体的其他部分离质心更远一些。引力会更强烈地把它往中心拉。反之，凹陷的地方则会被周围的物质向中心填充。最终，引力会将所有物质均匀地拉向中心，直到达成一个最稳定的状态。在这个状态下，所有的物质都尽可能地靠近中心，而且从中心向外的距离处处相等。而满足这个条件的，正是球形。
类比太空授课的水球：水滴在真空中的挣扎与屈服
现在，让我们来看看太空授课中的水球。虽然水滴比星体小太多了，但它们同样遵循着宇宙中最基本的物理规律。
表面张力（Surface Tension）： 在地球上，水滴之所以是水滴而不是散开，一方面是大气压，另一方面是水的表面张力。你可以把表面张力想象成水分子之间的一种“内聚力”。水分子喜欢紧密地靠在一起，互相吸引。在水滴的表面，那些面向外部的水分子会受到来自内部水分子更强的吸引力，这种不平衡的吸引力就导致了表面层有一种“绷紧”的效果，就像一层看不见的薄膜。
在真空中的表现： 在太空授课的环境中，没有了大气压的束缚，也没有重力（或者说重力作用非常微弱，可以忽略不计）。这时候，唯一能让水滴保持在一起的，就是它自身的表面张力。
达到最小表面积： 表面张力会尽一切可能地让水滴的表面积最小化。正如前面提到的，对于给定的体积，球形是表面积最小的形状。因此，水滴在表面张力的作用下，会自然而然地收缩，形成一个完美的球形。
星体是球形 vs. 水球是球形：共通之处与区别
现在我们来看它们之间的联系：
共通之处：
1. 追求最低能量状态/最稳定形状： 这是最核心的联系。无论是星体还是水滴，它们都在试图达到一个最稳定、能量最低的状态。
对于星体来说，这个状态是由引力决定的。引力将物质向中心拉，直到所有物质都以一种尽可能均匀分布的方式靠近中心，这个形状就是球形，因为它使得物质到中心的平均距离最小化，从而使引力势能最低。
对于水滴来说，这个状态是由表面张力决定的。表面张力使得水的表面积最小化，而球形正是表面积最小的形状。
2. “向内收缩”的力量： 两者都有某种力量将物质“向内收缩”。
星体有引力，将物质拉向中心。
水滴有表面张力，将表面层的分子拉向内部。
区别（或者说力量的尺度和来源不同）：
1. 力量的来源不同：
星体的球形是由万有引力决定的。这种力量强大到可以克服物质自身的结构强度（比如岩石的硬度），使得固态的行星也能呈现出近似球形。
水滴的球形是由分子间的内聚力（表面张力）决定的。这种力量相对较弱，只能在没有外部压强或重力干扰的情况下，将液体拉成球形。
2. 物质的状态不同：
星体可以是固态（行星）、液态（部分地核）甚至气态（恒星的大气层），还可以是能量和时空的奇点（黑洞）。引力是塑造它们形状的主导力量，而且引力作用的尺度非常大，可以压垮物质本身的结构。
水滴是液态物质。当它脱离了外部支撑或压迫时，就只能依靠自身的内聚力来维持形状。
3. 黑洞的特殊性： 黑洞是一个有点特殊的例子。我们说它是“球形”的，更多是描述它的事件视界（Event Horizon）。事件视界是一个球形的边界，任何物质一旦越过这个边界，就无法逃脱黑洞的引力。为什么事件视界是球形的？这仍然源于引力对时空本身的弯曲。假设黑洞的质量是均匀分布的，那么引力对周围时空的扭曲也是对称的，这种对称性最终导致了事件视界的球形。即便黑洞在自转，它的事件视界也会变成一个扁平的椭球，但基本形态仍然与球形有很强的联系，并且中心依旧是一个奇点。
更广阔的视角：
你可以把这个原理推广到宇宙中的其他现象：
星系的形状： 大质量的星系，由于内部大量恒星和气体的引力作用，也会倾向于形成螺旋状、椭圆状等大致对称的结构，但它们不是一个完美的球体，因为还有旋转、物质分布不均、暗物质等因素。不过，即使是扁平的星盘，也围绕着一个引力中心在旋转。
星团： 球状星团就是非常好的例子，它们是紧密聚集的数万到数百万颗恒星，在引力的作用下，它们也倾向于形成球形或者近似球形。
总结一下，你想知道的联系，就是“自然界倾向于形成最稳定、能量最低的形状”，而这个形状在三维空间中，对于有自引力的物质团块或者具有强大表面张力的液体，通常就是球形。
太空授课的水球，就像是一个微缩的、非常直观地展示了“表面张力使得表面积最小化”这一原理的例子。而宇宙中星体和黑洞的球形，则是在更宏大的尺度上，由“万有引力使得物质到中心的平均距离最小化”这一原理所驱动的结果。两者殊途同归，都是在遵循宇宙最基本的物理法则。
希望我这样讲，能让你觉得更生动，也更能理解其中的道理！如果还有什么不清楚的，随时再问！
为什么是“圆”？—— 核心原因：引力（Gravity）
无论是行星、恒星，还是宇宙中的巨无霸黑洞，它们之所以呈现出球形，最根本的原因就是引力。引力是我们宇宙中最基本的力量之一，它使得有质量的物体之间会相互吸引。
你可以想象一下：
从无到有： 在宇宙的早期，当恒星和行星形成的时候，它们都是由大量分散的尘埃、气体和其他物质聚集而成的。这些物质并非一开始就紧密地挤在一起。
吸引与聚集： 然而，这些分散的物质都有质量，也就都有引力。它们会开始互相吸引。就像你在房间里把一堆小沙子堆起来，沙子之间也会有微弱的相互作用。在宇宙尺度上，这种引力作用就强大得惊人。
向中心坍缩： 所有的物质都会被一种无形的力量拉向物质聚集的中心。想象一下，你有一个不规则形状的物质团块，位于边缘的物质会感受到来自整个团块的平均引力，这个引力方向大致是指向团块的质心（也就是质量的中心点）。
最稳定的形状： 那么，为什么是球形呢？这里有一个关键点：球形是所有三维物体中，表面积与体积之比最小的形状。 或者换个角度说，对于一个给定的体积，球形是所有形状中，所有点到中心的平均距离最小的。
你可以这样理解：如果一个物体不是球形，比如它有一个突起的部分，那么这个突起的部分会比身体的其他部分离质心更远一些。引力会更强烈地把它往中心拉。反之，凹陷的地方则会被周围的物质向中心填充。最终，引力会将所有物质均匀地拉向中心，直到达成一个最稳定的状态。在这个状态下，所有的物质都尽可能地靠近中心，而且从中心向外的距离处处相等。而满足这个条件的，正是球形。
类比太空授课的水球：水滴在真空中的挣扎与屈服
现在，让我们来看看太空授课中的水球。虽然水滴比星体小太多了，但它们同样遵循着宇宙中最基本的物理规律。
表面张力（Surface Tension）： 在地球上，水滴之所以是水滴而不是散开，一方面是大气压，另一方面是水的表面张力。你可以把表面张力想象成水分子之间的一种“内聚力”。水分子喜欢紧密地靠在一起，互相吸引。在水滴的表面，那些面向外部的水分子会受到来自内部水分子更强的吸引力，这种不平衡的吸引力就导致了表面层有一种“绷紧”的效果，就像一层看不见的薄膜。
在真空中的表现： 在太空授课的环境中，没有了大气压的束缚，也没有重力（或者说重力作用非常微弱，可以忽略不计）。这时候，唯一能让水滴保持在一起的，就是它自身的表面张力。
达到最小表面积： 表面张力会尽一切可能地让水滴的表面积最小化。正如前面提到的，对于给定的体积，球形是表面积最小的形状。因此，水滴在表面张力的作用下，会自然而然地收缩，形成一个完美的球形。
星体是球形 vs. 水球是球形：共通之处与区别
现在我们来看它们之间的联系：
共通之处：
1. 追求最低能量状态/最稳定形状： 这是最核心的联系。无论是星体还是水滴，它们都在试图达到一个最稳定、能量最低的状态。
对于星体来说，这个状态是由引力决定的。引力将物质向中心拉，直到所有物质都以一种尽可能均匀分布的方式靠近中心，这个形状就是球形，因为它使得物质到中心的平均距离最小化，从而使引力势能最低。
对于水滴来说，这个状态是由表面张力决定的。表面张力使得水的表面积最小化，而球形正是表面积最小的形状。
2. “向内收缩”的力量： 两者都有某种力量将物质“向内收缩”。
星体有引力，将物质拉向中心。
水滴有表面张力，将表面层的分子拉向内部。
区别（或者说力量的尺度和来源不同）：
1. 力量的来源不同：
星体的球形是由万有引力决定的。这种力量强大到可以克服物质自身的结构强度（比如岩石的硬度），使得固态的行星也能呈现出近似球形。
水滴的球形是由分子间的内聚力（表面张力）决定的。这种力量相对较弱，只能在没有外部压强或重力干扰的情况下，将液体拉成球形。
2. 物质的状态不同：
星体可以是固态（行星）、液态（部分地核）甚至气态（恒星的大气层），还可以是能量和时空的奇点（黑洞）。引力是塑造它们形状的主导力量，而且引力作用的尺度非常大，可以压垮物质本身的结构。
水滴是液态物质。当它脱离了外部支撑或压迫时，就只能依靠自身的内聚力来维持形状。
3. 黑洞的特殊性： 黑洞是一个有点特殊的例子。我们说它是“球形”的，更多是描述它的事件视界（Event Horizon）。事件视界是一个球形的边界，任何物质一旦越过这个边界，就无法逃脱黑洞的引力。为什么事件视界是球形的？这仍然源于引力对时空本身的弯曲。假设黑洞的质量是均匀分布的，那么引力对周围时空的扭曲也是对称的，这种对称性最终导致了事件视界的球形。即便黑洞在自转，它的事件视界也会变成一个扁平的椭球，但基本形态仍然与球形有很强的联系，并且中心依旧是一个奇点。
更广阔的视角：
你可以把这个原理推广到宇宙中的其他现象：
星系的形状： 大质量的星系，由于内部大量恒星和气体的引力作用，也会倾向于形成螺旋状、椭圆状等大致对称的结构，但它们不是一个完美的球体，因为还有旋转、物质分布不均、暗物质等因素。不过，即使是扁平的星盘，也围绕着一个引力中心在旋转。
星团： 球状星团就是非常好的例子，它们是紧密聚集的数万到数百万颗恒星，在引力的作用下，它们也倾向于形成球形或者近似球形。
总结一下，你想知道的联系，就是“自然界倾向于形成最稳定、能量最低的形状”，而这个形状在三维空间中，对于有自引力的物质团块或者具有强大表面张力的液体，通常就是球形。
太空授课的水球，就像是一个微缩的、非常直观地展示了“表面张力使得表面积最小化”这一原理的例子。而宇宙中星体和黑洞的球形，则是在更宏大的尺度上，由“万有引力使得物质到中心的平均距离最小化”这一原理所驱动的结果。两者殊途同归，都是在遵循宇宙最基本的物理法则。
希望我这样讲，能让你觉得更生动，也更能理解其中的道理！如果还有什么不清楚的，随时再问！
网友意见
不是。低质量的小行星、彗星、较小的卫星之类星体可以呈现远远偏离球状的形态。黑洞更不是球形的。
自然界的旋转黑洞的“本体”可能是奇环，不旋转、不带电的理想黑洞的“本体”被描述为奇点。日常在书籍、影视作品里出现的黑洞图画，描绘的是事件视界或事件视界的影子、周围的吸积盘和射流，而不是奇点或奇环。
促使水在微重力下形成水球的表面张力属于电磁相互作用，促使较重天体趋于流体静力学平衡状态的是引力相互作用。你可以说所谓联系是“都体现了物质间的基本相互作用、都可以被平方反比的方程描述”之类。对水球来说，重要的是微重力而不是真空。
对于成分和地球相似的天体，自身质量大于 1E21 千克时，自身的引力足以克服自身材料的结构强度而趋于球状，自转的天体会受自转影响而略扁。在非球状状态下，星体上海拔明显高的部分会随着时间逐渐崩塌陷落并填补海拔明显低的部分，应力不均匀也会引起地质活动而改变地形，逐渐回到略扁的椭球状。
- 流体静力平衡状态，是流体处于相对静止或匀速运动时的平衡状态。例如地球大气在重力和压力梯度产生的压强梯度力之间建立的平衡，使大气既不贴在地表也不完全剥离到太空。
恒星的质量远大于地球而上层气体的结构强度更低，更容易趋于球状且在自转下形变。
自转角速度较快的天体会趋于椭球状，快到一定程度还会成为不规则椭球，进而成为梨状而不再是球体。
- 例如织女星自转周期约 12.5 小时，赤道直径比两极直径大约五分之一。
自转速度相对自身的质量足够快的天体，可以部分克服引力而成为明显偏离球状的形态。
- 例如这是根据天文观测画出的妊神星的想象图，其自转周期约 3.9 小时，质量约 4E21 千克。
靠自转甩成甜甜圈状，需要的自转速度很大，但并不是达不到。计算还显示强大的天体撞击可以产生甜甜圈状的汽化岩石行星，称为 synestia——地球在被忒伊亚撞击后可能短暂呈现该状态。
太阳系里目前只有太阳一颗恒星。当恒星附近有大质量伴星的时候，潮汐力可以将恒星扭曲成扁球体，例如天琴座 β。
这是小行星 20000，质量约 3.7E20 千克：
这是小行星 101955，质量约 780 亿千克：
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