太阳引力：宇宙灾变与人类威胁

引　力

前面在讨论热寂和宇宙蛋那两种灾变时，我们始终把宇宙看成一个整体，而且认为它就像是某种由稀薄物质组成的均匀的海洋。这些物质要么一起获得熵，逐渐膨胀而导致热寂；要么一起失掉熵，逐渐收缩而变成宇宙蛋。这样，我们实际上是认定，宇宙的各个部分全都是以同样方式，在同一时间遭受到同样的命运。

然而，宇宙实际上并不是均匀的，除非是从非常远的距离去观察宇宙，而且观察得十分粗略。只要凑近观察，而且观察得仔细些，我们就会发现宇宙里成团结块，原来很不均匀。

首先，宇宙中包含有至少10万亿亿颗恒星，在恒星里面及其附近的条件肯定同远离一颗恒星的地方的条件大不相同。此外，在有些地方，恒星会十分密集；而在另外一些地方，它们又十分稀疏；甚至还有一些地方实际上根本没有恒星。由此可以想到，在宇宙一些部分发生的事件有可能与另外一些部分发生的事件根本不同；譬如说，有可能宇宙整体在膨胀，而它的某些部分却在收缩。我们必须要考虑这种可能性，因为这种性质上的差异很可能会导致另一种灾变。

我们先来看地球，它是由大约6×10²⁴千克岩石和金属组成的。地球形成的过程在很大程度上要受到形成它的全部质量所产生的引力场的支配。因此，形成地球的那些物质在引力场的作用下聚集在一起时，会倾向于尽可能集中在它的中心。形成地球的每一小块物质都要尽可能向中心移动，直到有另一小块物质直接挡住它为止。这样一来，地球的每一小块物质都处在尽可能靠近中心的位置，因而整个地球处于势能最低的状态。

一个物体如果呈球形，比起其他形状来，它的各个部分到中心的平均距离会最小。由于这个缘故，地球也是球形。（太阳、月球以及所有其他不太小的天体都是如此，尽管形成它们的具体条件不同。）

此外，由引力聚集成球形的地球是非常密实的。组成地球的所有原子都紧挨在一起。在地球表面以下越深的地方，那里的原子在上层物质的重量（这种重量代表了引力的拉力）的挤压下靠得越紧。

然而，即使在地球中心，那里的原子虽然受到非常严重的挤压，却仍然是完整无损的。而且，正因为它们完整无损，才抗住了外层重力的作用，不会因此而进一步变化。地球没有继续坍缩，维持住了一个直径为12 750千米的球形，而且，只要不受外来干扰，它便将永远保持这个样子。

但是恒星却不同。一颗恒星的质量总有地球质量的几万倍到几千万倍。这就引起了差异。

例如太阳，它的质量为地球质量的33万倍。因此，太阳的引力场相应地也要大到33万倍，从而在太阳形成时，把它聚集成球形的那种拉力当时会十分巨大。由于这样巨大的拉力，太阳中心处的原子便处在上层物质的巨大重量的挤压下，乃至被压坏而裂成碎片。

原子之所以能够被挤压成碎片，是因为原子并不像19世纪的人所想象的那样真的就类似于细小的实心弹子。相反，一个原子的绝大部分是由若干层电子波球壳组成的，这些电子波壳层十分松散，几乎没有什么质量。只是在这些球壳的中心位置才有一个非常小的原子核，集中了原子的几乎全部质量。这种原子核的直径只有一个完整原子的直径的十万分之一。一个原子倒颇像一个小到看不见的乒乓球，其中心悬浮着一个密度非常大的金属弹丸。

因此，在太阳上层物质巨大压力的作用下，太阳核心处原子的电子壳层完全被压碎，位于原子中心的非常小的原子核实际上处于游离状态。这些游离的原子核和电子壳层压碎后的碎片要比完整的原子小得多。按理说，太阳在其自身引力的作用下应该收缩成只有非常小的体积。然而事实并非如此。

太阳之所以没有继续收缩，是因为太阳（其他恒星也一样）主要是由氢组成。氢原子中心处的原子核，即氢核，是一个单独的亚原子粒子——“质子”，它带有一个单位的正电荷。当氢原子被压碎以后，它们的原子核，即那些赤裸的质子，可以自由地运动，比起它们各自被一些电子壳层包围住的情形来能够彼此靠得更近。实际上，由于太阳的引力能在太阳的物质聚集成一团时转化成了热量，使太阳中心处的温度高达1500万度左右，这些质子不仅能够彼此接近，而且还能以巨大的力量发生碰撞。

这些质子彼此碰撞时，有时候并不反弹回去，而是相互粘在一起，于是便发生“核反应”。在这种核反应的过程中，有一些质子会失去电荷而变成“中子”，结果就会形成一种由两个质子和两个中子组成的新原子核。这就是氦原子核。(www.xing528.com)

这种核反应过程（同地球上氢弹爆炸时发生的核反应过程一样，只是规模要大得多）会产生出巨大的热量，使整个太阳变成一个由炽热气体组成的发光的火球，并能使它维持这种状态很长一段时间。

地球保持目前大小而不继续收缩靠的是组成地球的完整原子所产生的阻力，而太阳不继续收缩，则靠的是它内部的核反应所产生的热量的膨胀效应。由于两者抵抗收缩的机制不同，结果是地球能够无限期地保持它目前的大小而不再收缩（因为完整无损的原子不受外界影响将始终保持完整无损），而太阳则不能。太阳的大小若要不收缩变小，要求太阳的中心源源不断地产生出热量，而持续热量的产生又要求产生热量的一系列核反应持续不断；这样的核反应是否能维持，归根结底，又要求这种核反应的燃料即氢的供给永不间断。

然而，太阳中的氢只有那么多。在经过足够长时间的消耗以后，太阳（或者任何其他恒星）中的氢的数量必然会减少到某个临界值以下。相应地，太阳中心处发生核反应的速率将会下降，从而所产生的能量也随之减少。当氢的数量减少到某个临界值以下时，核反应所产生的热量会不足以维持太阳（或者任何其他恒星）的膨胀趋势，那时太阳就会开始收缩。一颗恒星如果发生收缩，其引力效应将会起重要作用。

任何两个物体之间的引力大小随它们中心的距离的减小而增大，即与距离的平方成反比。如果你原来位于离地球比较远的某一个距离上，当距离减半时，地球对你的引力作用将增大到2×2=4倍。如果距离减小到只有原来距离的1/16，则地球对你的引力作用将增大到16×16=256倍。

你现在是站在地球表面上，地球作用于你的引力强度实际上决定于地球的质量、你的质量以及你到地球中心的距离（即地球半径）6378千米。你无法使地球的质量作实质性的变化，你多半也不愿意改变自己的质量，你唯一可以做的，只是设想去改变你到地球中心的距离。

例如，你可以（通过想象）钻开地球物质向下打一个洞，通过这个洞向地球中心移动。你也许会以为，随着你到地球中心的距离越来越近，你受到的引力作用也会越来越强。

错了！引力取决于到产生引力的物体的中心的距离，这个结论只有你位于那个物体的外面时才能成立。只有在那种条件下，我们在计算引力强度时，才能够把物体的全部质量处理成仿佛集中在该物体的中心。

如果你钻进地球里面去，只有地球的比你更靠近中心的那一部分物质才会把你向中心吸引。地球的比你离中心远的那一部分物质对你没有引力作用。结果，当你向地心钻进时，作用在你身上的引力反而会逐渐减小。如果你到达地球的正中心（想象中），因为再没有物质比你更靠近中心，实际上你根本不会受到指向中心的任何引力。那时，你受到的是零引力。

另一方面，我们也可以假定地球收缩到只有目前一半的半径，而质量却保持不变。在那种情况下，如果你乘坐太空飞船距离地球非常远，你什么也感觉不到。地球的质量同原来一样，你自己的质量和你到地球中心的距离也没有改变。因此不管地球膨胀还是收缩，地球作用于你的引力不会有丝毫变化（只要地球没有膨胀到把你埋进它的物质内部，在后一种情况下，地球作用于你的引力会减小）。

可是，如果地球开始收缩时你是站在地球表面上，而且在地球收缩过程中你始终呆在地面上，在这种情况下，地球的质量和你的质量都保持不变，只是你到地球中心的距离减小到了原来的1/2。因为你仍然是位于地球的外面，地球的所有质量都比你更靠近地球中心，所以地球作用于你的引力将增加到2×2=4倍。换句话说，随着地球的收缩，它的表面引力将增加。

如果地球在不失去质量的条件下继续收缩，而你也一直呆在地球表面上，那么地球作用于你的引力将持续增加。我们可以想象得到，如果地球收缩到成为直径等于零的一个点（地球质量保持不变），而你是站在那一点上，那么作用于你的引力将是无穷大。

这个结论对于任何一个具有质量的物体，无论它是大还是小，都是成立的。倘若你或者我，哪怕一个质子，被压缩而变得越来越小，作用于你的表面或我的表面甚至一个质子的表面的引力都会随之变得越来越大。如果你或我甚至一个质子保持原来的质量缩小成一个直径等于零的点，那么，在这三个例子中，表面引力都将变成无穷大。