白矮星的物理学之旅 量子力学和相对论的融合

在夜晚观察时，贝塞尔是一位著名的天文学家的名字——天狼星——在太空中的运动表现出波浪状的不规则性。当贝塞尔通过望远镜观察天狼星时，他注意到了一个缓慢而独特的周期性运动。于是他得出结论，一定有一个看不见的伴星围绕着它旋转。

对于异常低的光度，人们提供了两种合理的解释：要么恒星的表面温度极低，要么它的直径一定异常小。在没有任何其他证据的情况下，人们普遍认为这颗恒星直径小到足以解释所观测到的光度，这意味着其密度比水大十万倍。这远大于地球上发现的任何物质，但当时的科学家都认为这是不可能的。

然而，这种致密天体的存在提出了一个重大难题，当时没有理论可以解决。当且仅当这些恒星内部的温度足够高以完全电离原子时，具有完美气体可压缩性的高密度材料才是可能的。但当致密恒星的能量缓慢辐射到太空时温度会下降，导致快速移动的电子减速并与质子重新结合形成普通的中性原子，这会导致恒星的体积再次增加，从而导致总体密度会降低。

但是根据1920年代的标准天体物理模型，已知恒星的致密阶段的能量低于正常恒星状态，因此恒星需要输入能量才能膨胀。这会导致一个可笑的结论，即这种类型的恒星需要获得能量才能冷却。这一次明显是引力波理论本身出了不可避免的问题，但这并不是当时物理学家不得不面临的唯一令人印象深刻的问题。

事实上，围绕所有恒星的命运存在一个更普遍的问题。试图将恒星挤压成更小的体积的引力，与快速移动的粒子向外推动所产生的热压力，在恒星生命的大部分时间里，这些力是平衡的。但恒星通过向太空发射辐射而缓慢冷却，这意味着它们施加的压力下降，因此引力能够将恒星挤压变小。当恒星被压缩时，它会再次加热达到平衡，然后再次冷却收缩，一直重复该过程。但是，这种方法不能保证恒星的寿命足够长，因为它们的质量太大，所以它们不能像太阳那样产生巨大的引力。

（编辑：银川站长网）

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