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《流浪地球2》的太阳氦闪危机是什么 (2)

《流浪地球2》的太阳氦闪危机是什么 (2)
2023-02-06 15:28:32
张颂文风波后续:重回剧组获欢迎 爆料人道歉09:01

太阳核心的氦灰在万有引力的作用下会继续向内塌缩,然后有趣的来了:氦进入了量子力学的“简并态”!所有的微观粒子分为两类,费米子和玻色子,例如电子、质子、中子属于费米子,光子属于玻色子。费米子要满足泡利不相容原理,即两个粒子不能属于同一个状态,而玻色子不需要满足泡利不相容原理。大家在高中学的原子中的电子排布,就是由泡利不相容原理决定的,所有可选的能级从低到高一路排上去,因为不能有两个电子挤在一块。当氦被挤得非常紧密时,它们的电子就处于所有可占据的低能级都排满了的状态,再来一个只能往上排。这种状态就叫做简并态,由此产生的压强叫做简并压。简并的意思是多个粒子处于同一个状态,简并压的意思是由于“粒子不愿意简并”产生的压强。

简并压有个要命的特点:它跟温度没有关系,只跟粒子密度有关。这个特点很要命,是因为它破坏了前面说的负反馈机制。当氦在引力的作用下向内塌缩时,温度升高,但压强不变,这就使得氦出现了一个奇异的场景。一开始温度比较低,氦完全不聚变。直到温度高达一亿度,这时氦终于被点燃了。但由于简并压与温度无关,它不能通过体积自发膨胀让聚变减速,反而是聚变放出的能量让温度升得更高,让更多的氦聚变。也就是说,只有正反馈,没有负反馈。这样的系统会发生什么?一场失控的爆炸。

这就是氦闪!在以秒计的时间里,太阳核心的氦剧烈地燃烧,产生的能量比平时高千亿倍。这时一个太阳的能量输出,顶得上整个银河系。因此,《流浪地球》里把它描述成毁灭性的闪光,是有道理的。

然而如果细究起来,这个描述其实不对。因为氦闪的能量爆发只是在太阳的内部,这些能量大部分被太阳本身吸收了,以至于在外界几乎看不出太阳的亮度有什么变化。因此,目前我们还没有观测到一颗氦闪的恒星,因为缺少观测的方法,这是一个活跃的研究前沿。

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