這是一個(ge) 有趣的問題，過去沒注意到，也沒有說過這個(ge) 問題。要回答這個(ge) 問題，我們(men) 首先要了解一下恒星演化後期的歸宿：恒星的4種屍骸。

太陽類恒星的屍骸是白矮星

白矮星是中小質量恒星，也就是約太陽質量0.5倍~8倍之間這種不大不小的恒星，死後留下的屍骸。這個(ge) 屍骸的質量在太陽0.2~1.4倍之間，從(cong) 這個(ge) 質量梯度來看，越小恒星留下的比例就越多，而到了7~8倍太陽質量恒星，死亡後留下的質量就隻有不到20%了。

中小質量恒星在演化後期都會(hui) 膨脹成為(wei) 紅巨星，然後外圍物質漸漸消散在太空，成為(wei) 新的星雲(yun) 物質，核心部分留下一個(ge) 致密的核，這就是白矮星。白矮星的體(ti) 積和地球差不多，但質量卻有1個(ge) 太陽左右，因此密度極高，達到每立方厘米1~10噸。（上圖左為(wei) 白矮星）

紅矮星的屍骸是黑矮星

最小的恒星，即太陽質量的0.08~0.5倍之間的恒星，被稱為(wei) 紅矮星。這種小質量恒星核心壓力和溫度達不到激發氦核聚變的能力，最終不會(hui) 膨脹為(wei) 紅巨星，隻會(hui) 慢慢燃燒殆盡，成為(wei) 一個(ge) 黑矮星。但紅矮星的壽命超長，越小越長，最小的紅矮星壽命可達數千乃至數萬(wan) 億(yi) 年，因此有些紅矮星的壽命可以延續到宇宙終結。

由於(yu) 紅矮星壽命超長，所以至今人類也沒有發現黑矮星，因為(wei) 所有的紅矮星都正當青壯年，離變成黑矮星還早著呢。太陽係毀滅後，它們(men) 也還都活蹦亂(luan) 跳著呢。由於(yu) 紅矮星有著超長的壽命，一般認為(wei) ，紅矮星是生命和文明的搖籃。

中大質量恒星的屍骸是中子星

太陽質量8倍以上的恒星，演化後期會(hui) 發生超新星大爆發，最終在核心部分留下一個(ge) 更加致密的核，這個(ge) 核有兩(liang) 種，一種是中子星，一種是黑洞。一般認為(wei) 30~40倍以下太陽質量的恒星，超新星大爆炸後，會(hui) 留下一個(ge) 中子星。

更大質量的恒星，留下的就是黑洞。中子星質量在太陽的1.44~3.2倍之間，半徑隻有10km左右，因此密度極高，達到每立方厘米1~10億(yi) 噸；

大質量恒星的屍骸是黑洞

超過太陽質量40倍以上的恒星，大爆炸後留下的是一個(ge) 黑洞。黑洞都在太陽質量3倍以上，核心是一個(ge) 無限小的重力點，又叫奇點，所有的質量都集中到這個(ge) 體(ti) 積無限接近零的奇點上，因此無法衡量其密度，也就是密度無窮大。

黑洞的表現是，圍繞著奇點會(hui) 有一個(ge) 極端的球狀對稱空間，在這個(ge) 空間裏，理論上什麽(me) 也沒有，什麽(me) 也看不到，什麽(me) 也逃脫不了。人們(men) 把這個(ge) 空間叫史瓦西半徑，把空間內(nei) 外交匯的球麵叫事件視界。一個(ge) 3倍太陽質量的黑洞，史瓦西半徑不到9km。

從(cong) 恒星留下的各種屍骸，我們(men) 可以看到，質量越大的恒星，留下的屍骸質量越大，密度越高，體(ti) 積越小。這就為(wei) 我們(men) 回答本問題得到了一個(ge) 啟示：在致密天體(ti) 行列，質量越大體(ti) 積越小。

宇宙中白矮星知多少？

在我們(men) 太陽係周邊，已經發現了500餘(yu) 顆白矮星。距離我們(men) 8.6光年距離的天狼星，是一個(ge) 雙星係統，其中天狼星A是一個(ge) 藍矮星，約太陽質量的2倍，比太陽溫度、光度高很多；天狼星B就是一顆白矮星，體(ti) 積和地球差不多，質量卻有太陽的1.1倍。

白矮星雖然溫度很高，表麵可以達到數萬(wan) K，但由於(yu) 太小，因此亮度就小。如天狼星B的亮度隻有天狼星A約萬(wan) 分之一，天狼星A是夜空全天最亮的恒星，而天狼星B肉眼卻無法看到。

雖然白矮星光度很小，用望遠鏡還是能夠看到。早在1939年，科學家們(men) 就發現了18顆白矮星，現在通過巡天望遠鏡，更是已經發現了上萬(wan) 顆。據天文學家們(men) 估計，銀河係的白矮星數量約占恒星總數的10%左右。

銀河係有2000~4000億(yi) 顆恒星，按照這個(ge) 規模，白矮星就有200~400億(yi) 顆。這個(ge) 估計應該是基於(yu) 宇宙年齡和恒星壽命得出的。

科學認為(wei) 宇宙年齡約138億(yi) 歲，宇宙中像太陽質量8倍以下，0.8倍以上恒星約占恒星總量的20%左右，太陽壽命約100億(yi) 歲，這樣，和太陽質量差不多的恒星就都應該死過一回了，因此宇宙中白矮星占恒星總量的10%左右，應該是一個(ge) 較為(wei) 保守的估計。

白矮星為(wei) 什麽(me) 會(hui) 吸積呢？

在我們(men) 銀河係乃至整個(ge) 宇宙的恒星世界，像我們(men) 太陽這樣的獨生子的隻是少數，多星係統約占整個(ge) 恒星係統的60~70%，在多星係統中，中小質量恒星占絕大多數。這種恒星結構給白矮星吸積創造了條件。

決(jue) 定恒星壽命的是恒星的質量，質量越大壽命就越短，質量越小壽命就越長，前麵說的紅矮星壽命超長就是這個(ge) 道理。多星係統中每顆恒星質量是不可能完全一樣的，壽命就有長有短，這樣，先死去的恒星就會(hui) 在係統中留下一顆白矮星。

天狼星雙星係統就是一個(ge) 例子，研究認為(wei) ，現在的天狼星B，前身就是一顆約太陽質量5倍的藍矮星，因此先去世留下了一顆白矮星。

白矮星是極端天體(ti) ，引力極大。如天狼星B表麵重力是太陽的64000多倍，是地球的180萬(wan) 倍，這樣，白矮星將伴星的外圍物質拉扯到自己身上就順理成章了。天狼星A、B雙星的平均距離隻有20AU（天文單位，1AU約1.5億(yi) 千米），還不到我們(men) 與(yu) 天王星的距離，天狼星A飄散的物質就會(hui) 被天狼星B吸取。

特別是等到天狼星A演化後期，會(hui) 膨脹成為(wei) 紅巨星，半徑增大了200~300倍，外圍物質就更送入了天狼星B的狼口了。宇宙中這種現象很多，這就是白矮星吸積發生的主要原因。

白矮星吸積後會(hui) 發生什麽(me) 呢？

前麵已經說過，白矮星是有質量上限的，這個(ge) 上限就是太陽質量的1.44倍。這個(ge) 上限是印度裔美國科學家馬尼揚·錢德拉塞卡發現的，由此他獲得了1983年諾貝爾物理學獎，而他發現的這個(ge) 上限就叫錢德拉塞卡極限。

因此，當一個(ge) 白矮星不斷的貪吃，將自己質量不斷的加大時，就有可能超過錢德拉塞卡極限。到達這個(ge) 極限，依靠電子簡並壓支撐的白矮星形態就再也撐不住了，就會(hui) 進一步坍縮，成為(wei) 一個(ge) 更加致密的天體(ti) ~中子星。

在成為(wei) 中子星之前，白矮星要打幾個(ge) 飽嗝，這個(ge) 飽嗝就會(hui) 驚天動地，就是超新星爆發。科學家們(men) 把這種類型的超新星叫做la型超新星，la型超新星有一個(ge) 特點，就是都在1.44倍太陽質量的時候發生，因此爆炸的威力和光度是基本一致的，這就為(wei) 科學家們(men) 測量宇宙天體(ti) 距離提供了一個(ge) 準星，天文學家們(men) 把它叫做標準燭光。

超新星爆發的能量是巨大的，亮度很高。科學家們(men) 利用哈勃太空望遠鏡，發現最遠的la型超新星距我們(men) 105億(yi) 光年，編號為(wei) SN UDS10Wil（上圖）。

所有la超新星爆發能級和亮度都差不多，這樣，科學家們(men) 就可以根據觀測到的亮度得到星等，從(cong) 而測算出它們(men) 與(yu) 我們(men) 的距離。由此得到與(yu) 它們(men) 同在一個(ge) 星係或附近的恒星距離，再根據恒星距離和觀測到的亮度光譜，得出恒星的質量和元素成分等一係列基本參數。這就是“標準燭光”的意義(yi) 。

因此白矮星及其發生的la超新星爆發，對於(yu) 人類了解和觀測宇宙，有著十分重大的意義(yi) 。

現在歸根結底說說，白矮星吸積增加質量，為(wei) 啥體(ti) 積不會(hui) 增大反而縮小？

相信看了前麵的一些解釋，朋友們(men) 已經得出了這麽(me) 一個(ge) 結論：質量越大的恒星殘骸，體(ti) 積相對會(hui) 更小，這是個(ge) 基本規律。根本原因是因為(wei) 質量越大引力壓縮力就越大，物質被壓縮得就越致密，物質密度增大了，體(ti) 積相對質量不就變小了？

當然這種現象隻是在極高密度的天體(ti) 上發生，在我們(men) 日常生活中，任何物質增加，同樣體(ti) 積也會(hui) 增加，這是由於(yu) 引力作用很小的緣故。但到了致密天體(ti) ，就不是我們(men) 所了解的日常物質了。

我們(men) 知道，在地球上所有物質都是由原子組成的，而原子的電子外殼很大，原子核很小，但卻占有了整個(ge) 原子99.96%的質量，因此原子是一個(ge) 虛空的世界，由原子組成的物質從(cong) 某種意義(yi) 上來說內(nei) 部是虛空的。

但白矮星已經不是我們(men) 認識的地球任何物質了，由於(yu) 極大的引力壓力，組成白矮星的原子的電子外殼被壓碎，所有電子遊離成為(wei) 自由電子，但原子核還是夾在電子的海洋中，依然保持著核子的形態。

這是由於(yu) 電子們(men) 還在竭力維護自己的核心主子，它們(men) 依靠電子簡並壓抵抗著巨大的引力壓，勉強維持著原子核的完整。但這種物質形態已經不是我們(men) 認識的物質形態了，是比地球任何物質都更緊密結實的物質了，其密度達到驚人的1~10噸/cm^3。

但如果白矮星再增加自身質量，引力壓力就會(hui) 進一步加大，超過了臨(lin) 界點，電子簡並壓就再也無法承受了，這個(ge) 臨(lin) 界點就是1.44倍太陽質量。

白矮星不斷的吸積貪吃，就會(hui) 超過這個(ge) 臨(lin) 界點，由此電子簡並壓被壓塌，形成新的坍縮態勢，粒子間的空隙就會(hui) 大大縮小，體(ti) 積當然就更小了。坍縮的結果就是電子被無情地擠壓到原子核裏麵，與(yu) 帶正電的質子中和成為(wei) 了中子，加上原子核裏麵原來的中子，整個(ge) 原子就蛻變成為(wei) 一個(ge) 中子核。

中子核外部沒有電子外殼，就一點空隙也沒有了，整個(ge) 星球的所有中子核就都擠在一起了。這樣，整個(ge) 星球就成為(wei) 一個(ge) 大中子核，這個(ge) 星球就叫中子星。中子星是靠中子簡並壓勉強支撐著強大引力壓，中子與(yu) 中子之間還勉強有那麽(me) 一點點空隙，因此中子星就還保持著有形的天體(ti) 形象。

當中子星通過吸積增加質量，達到奧本海默極限時，中子簡並壓就也支撐不住了，就會(hui) 繼續坍縮成一個(ge) 黑洞。奧本海默極限是猶太裔美國物理學家羅伯特·奧本海默發現的，奧本海默還是著名的科學組織家，是美國“曼哈頓計劃”的主要技術負責人，這個(ge) 計劃研製出世界最早的原子彈。

奧本海默極限還沒有一個(ge) 準確上限值，一些科學觀察研究認為(wei) ，中子星上限值分為(wei) 兩(liang) 種，一種是不旋轉中子星，上限約2.16個(ge) 太陽質量；一種是旋轉中子星，上限為(wei) 3.2個(ge) 太陽質量。

關(guan) 於(yu) 為(wei) 啥白矮星吸積質量越大體(ti) 積越小的問題就回到到這裏。可能朋友們(men) 會(hui) 對文內(nei) 的電子簡並壓和中子簡並壓有點疑惑，這是個(ge) 什麽(me) 壓力呢？需要了解的可看如下延伸閱讀。

延伸閱讀：泡利不相容原理

所謂電子簡並壓和中子簡並壓是什麽(me) 呢？這就需要了解泡利不相容原理了。這個(ge) 原理是奧地利裔美籍物理學家沃爾剛夫·泡利發現的，為(wei) 此他獲得了1945年諾貝爾物理學獎。

這個(ge) 原理是量子力學微觀粒子運動基本規律之一，簡單的原理就是在費米子組成的係統中，不能有兩(liang) 個(ge) 或者兩(liang) 個(ge) 以上的粒子處於(yu) 完全相同狀態。通俗的說，這些費米子粒子不能夠相互擠在一起，它們(men) 之間會(hui) 表現出不願在一起的相互排斥力。

什麽(me) 是費米子？是微觀世界兩(liang) 大類基本粒子之一，一類為(wei) 玻色子，另一類為(wei) 費米子。在一個(ge) 體(ti) 係的量子態上，隻允許容納一個(ge) 粒子，或者說自旋為(wei) 半奇數的粒子，統稱為(wei) 費米子。具體(ti) 說，就是中子、質子、電子都屬於(yu) 費米子。有人通俗的比喻，費米子就像一群玩耍的小孩子，他們(men) 在一個(ge) 狹小空間，就會(hui) 你推我搡，相互不讓同伴靠近。

這種相互排擠的斥力就叫簡並壓，簡並壓的排斥力不屬於(yu) 四種基本力中的任何一種。四種基本力相互作用時需要交換媒介子，如引力需要引力子為(wei) 媒介，電磁力需要光子為(wei) 媒介，強力需要膠子為(wei) 媒介，弱力需要玻色子為(wei) 媒介。

簡並壓是粒子之間相互交換作用力產(chan) 生的排斥力，其交換相互作用隻發生在全同粒子之間，不需要任何媒介，本質上是一種波函數的幹涉效應，因此也不涉及任何“力”。

這種斥力有點像分子熱運動，溫度升高，氣體(ti) 分子熱運動加劇，氣體(ti) 的體(ti) 積就增大，反之就縮小，這與(yu) 任何“力”無關(guan) 。電子簡並壓可以想象成由“電子熱運動”產(chan) 生的“電子氣壓”，因此簡並壓越深入到微觀更深層次，物質空隙就越小，密度越大，斥力就越大，就能夠抵禦更大的引力壓力。（其內(nei) 能大小遵循的公式見上圖）

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