为什么引力可以使恒星坍缩成黑洞？它不是四大作用力中最弱的吗？

“力”的定义

1687年，牛顿发表了著作《自然哲学的数学原理》，在这本书中，他详细阐述了他的力学三大定律和万有引力定律。

要知道，在牛顿之前，其实还没有人真正意义上地定义“力”的概念，当时有的认为力是一种压强，伽利略很接近定义“力”，但还远没有牛顿定义的严谨和具有科学性。

如果你要问，什么是“力”？，根据定义，我们可能要回答，“力”是改变物体运动方向的原因。

这个定义其实是经典物理学中关于“力”的定义。这个定义到了近代发生了变化。这是因为科学家发现，“力”还可以改变粒子的种类。最典型的例子就是粒子的衰变现象，比如：β衰变。一个中子衰变成一个质子、一个电子和一个中微子，在这个过程中，是通过弱核力来实现的。

四大作用力

因此，力不仅仅可以改变物体的运动状态，这个定义应该被进一步地拓展。随着20世纪物理学的发展，科学家发现，在我们的宇宙中，其实不仅仅存在着引力和电磁力，在原子层面，还存在着两种核力，一种叫做强核力，一种叫做弱核力。

正是因为核力的存在，才确保了原子核的结构得以存在，而弱核力会参与到衰变当中。在这四种作用当中，强核力的强度是最大的，而引力则是最小的，两者的强度差了38个数量级。不仅如此，它们作用的尺度也不同。强力和弱力的尺度都在原子核尺度上下，而电磁力和引力则是没有范围的。

不仅如此，科学家还试图把这几种力通过一套理论统一起来。目前来看，弱力和电磁力被统一了起来，强力勉强算是“半个统一”，并没有和弱力、电磁力完全融合成一套理论。

而引力则一直无法和其他三个力结合到一起。目前描述引力的主流理论还是爱因斯坦的广义相对论，在广义相对论中，引力的本质是时空的弯曲。

黑洞到底是咋回事？

根据上述的描述，我们知道，引力和强力没有办法融合到一套理论中，并且两者差距巨大。那么问题就来了，引力明明是四大作用力中最弱的，但是为什么黑洞是在引力作用下最终形成的呢？

在宇宙中，一个天体的演化和它自身的质量是分不开的。很多人其实对于天体的量级是完全没有概念。我们来举一个例子，我们平时看到的太阳系模型的比例都是比较离谱的。

那真实的情况是什么样的呢？

太阳是整个太阳系绝对的主宰，占据了整个太阳系总质量的99.86%以上，而地球仅仅只有0.003%左右，太阳质量是地球质量的130万倍。如果把地球放到太阳面前，那地球真的是连渣都不算。

那太阳够大了吧？

但你知道吗？太阳属于G型主序星，或者说是黄矮星。这意味着太阳在恒星家族中都不算大的，比太阳大的恒星非常多。

要知道，太阳的质量已经十分巨大，但是在宇宙中还存在着太阳质量好几倍，甚至是几十倍的特大质量恒星。这些恒星的引力是十分可怕的，自身就会受到非常大的引力作用。照理说，如果没有什么意外，恒星应该在引力作用下压缩成一个点。但问题就出现了，在引力挤压的过程中，会引发核聚变反应。核聚变反应会产生一个对外的压力，因此来对抗引力，形成动态平衡。

核聚变反应首先烧的是氢原子核，再然后烧得是氦原子核，接近只要质量足够大，还会继续烧碳原子核，氧原子核，一直持续产生铁原子核。铁原子核是最稳定的原子核，要促发铁原子核反应是要搭进去很多能量的，这意味着之前的核聚变反应是产生能量，而到了铁原子核则是吸能的反应。因此，只有质量达到8倍太阳质量以上，才可以继续反应。这时候，就会发生超新星爆炸。

超新星爆炸之后，恒星还会留下一个核，这个核的质量如果大于1.44倍太阳质量，小于3倍太阳质量，就会形成中子星。中子星其实就是引力和中子的简并力相互平衡的天体。

简并力其实不是四大作用力，它甚至不算是“力”，而是因为中子之间不能有重叠的量子态，因为这种规则，产生了一种类似于“力”的量子效应，这种效应抵抗住了引力。

但是如果剩余的质量是大于3倍太阳质量，那么中子的简并力也无法定抗住引力，这个时候，按照理论应该会存在一种“夸克星”，也就是完全由夸克构成的天体，夸克的简并力抵抗住引力，但夸克抵抗不住引力时，就会形成黑洞。但事实上，我们如今也没有发现任何夸克星的存在，因此，我们目前认为这类超新星爆发后，不是形成了中子星，就是形成了黑洞。

那你可能要问了，强力去哪了？

就像上文我们说到的，强力和弱力的作用范围很小，是在微观尺度上的。因此，对于宏观尺度，它们其实起不到什么太大的作用。因此，在恒星演变的过程中，强力和弱力根本起不到什么太大的作用。因此，引力可以作为主导，完全就是因为天体足够大。