【恆星1】為何有些變成白矮星，有些卻成了黑洞？

如果把一顆恆星想像成一爐炭火，我們容易直覺地以為：燃料耗盡，火光就慢慢暗下來，最後只剩灰燼。然而宇宙裡的恆星並不只是「熄火」那麼簡單，因為還有一股永不放假的力量在拉扯——萬有引力。當核聚變的能量支撐不住，引力就會逼著恆星往內收縮。究竟它會穩住成「白矮星」，還是更進一步壓成「中子星」甚至「黑洞」，關鍵不在花火有多燦爛，而在質量有多大，以及物質在極端擠壓下能否自我支撐。這背後，藏著一條出乎意料、卻非常日常的物理線索：位子不夠坐，就不准兩個人坐同一個位子。這，就是量子世界的規矩。

恆星走向晚年：從紅巨星到枯竭

恆星的青春期是主序星，靠氫聚變成氦發光發熱。當氫燃料在核心越燒越少，它會膨脹、表面變冷，進入紅巨星。這時候，恆星內部像洋蔥一樣，按「由輕到重」分層進行核聚變，效率卻愈來愈低。當可用的聚變燃料逐步耗盡，核心失去支撐，引力迫使它塌縮、升溫；外層氣體則部分被吹走，形成漂亮的行星狀星雲。最關鍵的是：核心能否在塌縮中找到新的「支柱」。

兩種支柱：熱壓 vs 簡併壓

很多人以為，愈壓愈熱，熱壓就能一直反抗引力，最終把塌縮逼停。這是早期物理學界的直覺，但並不完整。熱壓來自溫度，會因冷卻而衰減；更重要的是，在極端高密度時，真正頂住引力的主角是另一種壓力——簡併壓。

簡併壓並非「熱」帶來的，而是量子力學的規矩：保利不相容原理。這條規矩說，像電子這類粒子（稱為費米子）不可以同時佔據完全相同的量子態。當你把物質越壓越密，電子就被迫「各就各位」，有人坐位、有人站遠一點，不能重疊。這種「不准擠同一個位」的量子限制，會化成一股與溫度無關的壓力，這就是簡併壓。

生活版比喻：車廂滿座與被逼站

想像港鐵繁忙時間：每個座位只能坐一人（不相容原理）。乘客愈多，就有人被迫站遠、分散到不同位置（佔據不同量子態，動量變大）。即使車廂不加熱，人多到某程度，自然會出現一股「頂著不讓再擠」的壓力，這就像簡併壓。它不是因為乘客「熱起來」，而是因為「規矩不准再擠」。

白矮星：電子簡併壓撐起的「地球大小太陽」

當一顆像太陽這樣的恆星燃料耗盡，核心塌縮到電子彼此擠到不能再擠，電子簡併壓會冒起來，與引力拉鋸到達平衡。外層物質被吹成行星狀星雲，核心則收斂成一顆地球大小、卻有約半個以上太陽質量的超高密度天體——白矮星。它起初又白又熱，但只是「餘溫」在散去，不再點燃新的核聚變，只會慢慢冷卻，遙遠的未來才會變成理論上的「黑矮星」。注意：紅矮星其實是小質量恆星的類型，並不是白矮星冷卻的終點。

一條改寫天文學的極限：1.4 個太陽質量

白矮星不是想多大就多大。20世紀初，一位年輕的印度裔天文物理學家錢德拉塞卡，在赴英國留學的漫長船程中，把引力、量子力學與統計物理串起來，算出一條震撼的結論：如果由「電子簡併壓」支撐，白矮星的質量有上限，約為太陽質量的 1.4 倍。這條著名的錢德拉塞卡極限告訴我們：一旦核心質量超過這個值，電子簡併壓再也頂不住，引力會把核心推向下一個階段。

更有趣的是：在簡併狀態下，質量愈大，白矮星反而愈小、密度更高，因為引力更強，逼電子佔據更高動量的態來「頂住」。這種「越重越小」的反直覺，就是量子規矩與引力角力的結果。

超過極限之後：中子星與黑洞

當核心質量超過 1.4 個太陽質量，塌縮會迫使電子與質子結合成中子，物質幾乎變成一團「中子湯」。此時頂住引力的，是「中子簡併壓」。如果質量落在大約 1.4 至 2、3 個太陽質量之間（具體上限與物態有關），恆星會以一顆十多公里寬、密度驚人的中子星穩住；它像一座城市大小的「原子核」，旋轉、發出強烈的輻射，成為我們觀測到的脈衝星。

若核心再重，連中子簡併壓也抵不住，引力就不再受任何已知壓力制衡，時空被拉成一個連光都無法逃脫的區域——黑洞。黑洞的邊界叫事件視界；一旦跨過，光也走不出來。至於中心是否真有「奇點」，是現代理論仍在努力釐清的深層問題。

釐清幾個常見迷思

「燃料用盡就像炭火熄滅」：不對。恆星的未來由引力與簡併壓決定，不只是「冷卻」這麼簡單。
「壓得愈細，反抗就可無限大」：錯。熱壓有限，簡併壓雖強卻也有上限；超過極限便會進一步塌縮。
「白矮星會變成紅矮星」：錯。紅矮星是小質量恆星的類型；白矮星是老恆星的殘餘核心，最終只會冷卻成黑矮星（宇宙目前還不夠老，尚未出現黑矮星）。

把抽象變具體：幾個貼地的想法

電燈泡與木炭：在家裡，電燈關掉或炭火熄滅是因為能源輸入停止；但恆星的「電源」關掉後，引力會接手，把一切往內拉，故事才真正開始。
升降機塞滿人：不能兩個人同時佔同一個位置（保利不相容原理）。越擠，群眾自帶的「不讓再擠」壓力就越強（簡併壓）。
紙箱被繩勒緊：勒得越緊，箱內東西越被擠到沒空間可退；恆星內的電子與中子也是如此，但它們遵守的是量子的「位置規矩」。

重點總結

紅巨星階段內部呈「由輕到重」的洋蔥式結構；燃料耗盡後核心塌縮。
恆星能否穩住，取決於萬有引力與簡併壓（電子或中子）之間的角力，而非單靠熱壓。
白矮星由電子簡併壓支撐，質量上限約 1.4 個太陽質量（錢德拉塞卡極限），體積約地球大小，會逐步冷卻。
超過極限會進一步塌縮成中子星；再超過中子星的上限，則成為黑洞，連光也逃不出事件視界。

結語：宇宙的終章，量子的規矩

恆星的一生像一齣長篇劇，最後一幕不是一盞燈忽然變暗，而是引力與量子規矩的對峙。當你在維港夜風下望向星空，可想像那些黯淡的白點，或許正是地球大小、密度驚人的白矮星；更遠處，也許有城市大小的中子星在高速自轉，甚至有黑洞靜默無聲，彎曲著時空。本來抽象的量子規矩，最終決定了恆星的遺產：在宇宙最極端的地方，一條「不准兩個人坐同一位」的規矩，撐起了星的最後尊嚴。