什么是錢德拉塞卡極限，與太陽系的質量有什么關系？

這個標題可能有些奇怪，但本文是為了回答網友的問題。這位網友提出：整個太陽系的質量能超過錢德拉塞卡極限么？他說，太陽系質量包括太陽，以及八大行星加幾百顆衛星、小行星、科伊伯帶、加奧爾特云帶數不清的彗星與星際物質，加起來應該遠超錢德拉塞卡極限（約1.44倍太陽質量）吧？

所以，是這位網友的問題有些奇怪，或者說這個問題本身就是荒謬的。提問的朋友顯然不清楚錢德拉塞卡極限是什么，或者說沒有掌握基本的天文物理學常識，才會問出如此不靠譜的問題。但這種求知欲還是很值得肯定的，因此我就來盡量通俗地試著解答這個問題。

發現并創立錢德拉塞卡極限理論的是蘇布拉馬尼揚·錢德拉塞卡，他是一位美籍印度裔天體物理學家，諾貝爾獎得主。錢德拉塞卡極限，是指電子簡并態物質的質量上限，超過這個上限就會發生重力坍塌成中子簡并態。因此，這個理論僅限于電子簡并態物質，而不是指任意物質，更不是指恒星質量上限。

何為電子簡并態物質呢？就是在極端壓力下，組成物質的原子外圍電子會在高壓下發生改變，也就是電子再也不是那么規則的圍繞著原子核運動，但依然會支撐著讓原子核保持完整狀態，原子核就像在電子的海洋中游泳。

原子核之所以還沒垮塌被粘在一起發生核聚變，是因為遵循泡利不相容原理，電子之間巨大的斥力維持著這種狀態。泡利不相容原理是美籍奧地利裔物理學家、量子力學奠基人之一、諾貝爾獎得主沃爾夫岡·泡利發現的，這個理論是微觀粒子運動的規律之一，很復雜，就不展開說了。

電子簡并態物質是因為原子的空間被壓縮了，物質就會變得極端致密，密度達到每立方厘米1噸以上。這種物質無法在地球上存在，人力也無法制造出來，只能在某些種類恒星核心和白矮星上存在。所謂錢德拉塞卡極限講的就是白矮星，當白矮星質量達到1.44個太陽質量時，電子簡并態就再也維持不住引力壓力而發生引力坍縮，變成中子簡并態物質。

在坍塌過程，會產生極大的能量爆發，這種能量爆發的現象，就是la型超新星爆發。由于la型超新星爆發的能量都大致在一個質量標準上，所以被稱為測量宇宙天體距離的標準燭光。

白矮星是類似太陽這種質量的恒星死亡后的尸骸。在太陽演化后期，核聚變反應從氫到氦的聚變完成后，核心沒有了核聚變輻射的支撐，恒星外圍物質在自身引力作用下就會向核心坍縮，由此導致了核心壓力和溫度急劇升高，激發了氦核聚變。

這種過程會不斷升級，核聚變從氦、鋰、鈹、硼到碳，像太陽這種質量的恒星，最終的壓力和溫度導致的核聚變反應只能維持到碳就結束了，無法再升級到更高層次的核反應。

因此，太陽這樣質量的恒星，在演化末期，核心就會留下一顆高密度的碳星，叫白矮星。演化末期的太陽不斷膨脹，外圍氣體分子最終消散在太空，最終外衣剝光，就只剩下一顆白矮星了。白矮星體積大小與地球差不多，但質量卻是地球的十幾二十萬倍，是由電子簡并態物質組成的一種高致密天體。

白矮星由于體積小質量大，因此對于靠近自身的恒星等物質具有極大的引力效應，會撕裂吸附靠近的恒星或星際塵埃，這樣就導致自身質量越來越大。錢德拉塞卡極限，就是專指這種白矮星的質量的上限，目前的理論是這個極限不能超過太陽質量的1.44倍。

當白矮星通過不斷吸積，質量上限達到1.44倍太陽質量時，依靠電子簡并態支撐的白矮星物質就再也支撐不了引力壓力，游離電子被壓縮到原子核里，帶負電荷的電子與帶正電荷的質子就中和成為電中性的中子。這種變化是瞬間發生的，極高極快的坍縮過程，就會導致超新星爆發，這種爆發就叫la型超新星爆發。

如果爆發后還能留下一個更小的天體，這個天體就是由中子組成，叫中子星。中子星是比白矮星更致密的天體，其密度每立方厘米可達10億噸，因此其尺度很小，半徑只有約10公里，一個人騎自行車無需一天，就能輕松圍繞全球轉一圈。

中子星的質量至少在太陽的1.44倍以上，也就是48萬個地球質量以上，放在地球上只比珠峰大一點。因此，中子星是一種更為極端的天體，極其強大地引力，使靠近中子星的恒星和白矮星都會被其撕碎吞掉，其表面逃逸速度可達到光速的一半，也就是每秒15萬公里的速度才有可能逃離中子星。

有人計算過，如果一個人大小的物體被中子星引力捕獲，高速掉落下去，撞擊的能量可達若干顆原子彈的爆炸當量。但即便是巨大的核爆能量，在中子星上也掀不起一納米的波浪。因為中子星強大的重力將表面拉扯成比鏡面還要光滑千萬倍，就像《三體》小說中描述的水滴表面。

一般來說，中子星是8倍太陽質量以上的恒星死亡后留下的尸骸。這種大質量恒星在演化末期，核心的核聚變會持續到26號元素鐵，然后發生大爆炸，如果沒有把核心也炸成渣渣，就留下了一顆中子星。中子星是依靠中子簡并態支撐著自身重力，就是中子與中子之間的斥力，這種斥力比電子之間的斥力要大很多。

中子星也有個質量上限，叫托爾曼-奧本海默-沃爾科夫極限，這里就不展開說了。目前的科學研究認為，中子星由于吸積，其質量達到太陽的3倍左右時，中子簡并態就無法支撐這個天體了，由此坍縮成一顆黑洞。在坍縮過程中，同樣會發生超新星爆發。

黑洞是宇宙中頂級極端天體，沒有上限了，那里的物質已經被壓縮成人類無法認知的物質了。在黑洞與中子星之間，還有沒有夸克簡并態物質組成的夸克星，目前在還沒有發現。

恒星質量大小只與壽命和死法有關，以及死后會留下一個什么尸骸。

比太陽大30倍以上的恒星，壽命最短，只有幾百萬年到幾億年，死法是發生超新星爆發，死后可能留下一顆黑洞；比太陽大8倍以上的恒星，壽命一般在幾億年到十幾億年，死法也是超新星爆發，死后可能留下一顆中子星；太陽質量左右的恒星，壽命在一百億年左右，死法是變成紅巨星，外圍氣體不斷膨脹，漸漸消散在太空，核心可能留下一顆白矮星；比太陽質量小的紅矮星壽命超長，可達幾百億年到萬億年，死法是漸漸冷卻成為一顆黑矮星。

說了這么多，主要就是想說明所謂錢德拉塞卡極限，完全與太陽系質量能不能達到這個上限無關。恒星比太陽大的有很多，天狼星質量就是太陽的2倍多，參宿四質量是太陽的10倍多，最大的恒星比太陽質量大一兩百倍，這些與錢德拉塞卡極限毛關系都沒有。

太陽的質量約為2*10^30kg，也就是約2千億億億噸，這幾乎就是整個太陽系的質量。因為太陽本身就占據了太陽系99.86%的質量，太陽系的所有行星、矮行星、衛星、小行星、彗星、塵埃碎片等加起來，質量也只有太陽系的0.14%。再說一遍：這些與錢德拉塞卡極限毛關系都沒有！

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