恒星会像生命一样走向死亡，这一点毋庸置疑。问题在于碳基生物死亡后躯体会腐烂而分解，太阳这样超大的恒星，它们的躯体又会变成什么？

于是有人就说，恒星死后最终的归宿是铁砣子。而且不光是恒星，整个宇宙在恒星全部死亡后，也都会变成一个铁砣子。

那么，这种看法准确吗？背后又蕴含着哪些情况呢？宇宙的终结又会以什么样的姿态呈现呢？

如果宇宙真的变成了一坨铁，它又要如何才能重新开始呢？

要想知道恒星在死后为什么会变成铁，就得先知道恒星乃至宇宙的构成是什么。简单一点说就是，宇宙是由哪些东西组成的。

初中就学过化学周期表，其中元素就蕴含了宇宙的起源。至少到目前为止，118种元素之外，还没有发现有别的元素。

宇宙在突然发生爆炸的那一刻，元素出现并最终形成了一些轻元素。根据现代宇宙学的理论，在爆发发生的瞬间，大量的质子和中子结合，随即产生了氢、氦、锂，只不过相对于前两种，锂在当时的数量极其的稀少。

上述三种元素，便是宇宙在大爆炸初期的基本构成。在现代宇宙学的理论基础上，又产生了大爆炸核合成理论。

早期宇宙中能够见到的物质，氢的规模达到了75%，氦则达到了25%，剩余忽略不计的部分是锂。

这种情况，可以看作是宇宙的初始阶段。多年来科学家一直在思考的，便是宇宙如何从仅有的元素和物质中，演化成为了一个元素丰富的世界？

尤其是元素的逐步延展，构成了多样性的天体结构乃至地球上的生命。这一切的背后，又是什么来推动的呢？

关于这一点，在上世纪50年代，科学家提出了恒星的燃烧、慢速中子的俘获以及快速中子俘获的过程，最终演化并生成了更多的元素。

不过，彼时科学家的这一推论，主要是基于太阳系内元素的组成。而之所以会得出这种理论，又是根据当时的原子核结构和反应理论推导出来的。

直白一点说就是，上世纪50年代，人类才刚刚研发出了原子弹等核武器，而科学家则相信恒星等天体的演化构成，也是犹如原子弹爆炸的过程一样。

恒星天体内部的核过程，将宇宙初期仅有的几种元素，逐步扩展成为后来的上百种。

也因此，有观点说太阳最终会变成铁，其实就是在说，当恒星的核过程进行到终结之时，最终剩下的元素或者说是物质就是铁。

至于为何是铁而不是别的什么元素，那就又得说到恒星的核过程是什么了。

太阳发光发热，而且聚焦太阳光就能产生火，所以人类很早就知道，太阳其实是一颗超大的火球。

但这仅仅是对太阳最浅层的理解，直到近现代随着科技的进步，人类才慢慢认识到，太阳其实不是在燃烧，而是在不停的进行着核聚变反应。所谓看起来的燃烧以及大火，只是核聚变后的反应结果。

那什么又是核聚变呢？当温度和压力达到极致的状态下，原子核的性状发生剧烈改变。当然，太阳构成的主要部分是氢，所以它的核聚变就是氢原子核性状的变化。

过程中会有极大的能量释放出来，而这释放出来的能量，就是人类感受到的太阳的亮度与温度。

因为性状在发生改变后，就不能回到原来的状态了，所以持续不断的核聚变的过程，就是质量损失的过程。

恒星本身是在宇宙大爆炸后形成的，它是由原始星云凝聚而来，其质量本身是宇宙内已知质量的主要部分，占比规模在九成以上。这也是为什么和太阳相比，地球等行星很小的缘故。

你也可以这样理解，恒星在诞生的过程中，本身就在不断凝聚压力和温度，当达到临界值后，内部就会产生核聚变。

而这个聚变反应，又是从氢元素开始的。就因为宇宙中的大多数是氢，构成恒星的主要部分也是氢。

也因此从氢开始，经过核聚变反应，才一步步形成了后面的其他元素。值得一提的是，像太阳这样的恒星，其漫长的生命周期中，核聚变反应将一直伴随在左右。

形象一点说就像人类的心跳一样，从诞生那一刻起心脏就在跳动，而太阳自诞生的那一刻起，就在进行核聚变反应。

这个过程是相当稳定的，就像太阳一样，它已经存活了50亿年的时间，接下来至少还有50亿年的时间，依旧保持现在这样的状态。

不过就如同人类的生命消耗一样，太阳即便再庞大，其生命即便再漫长，不断消耗的过程，也是质量持续损耗的过程。

太阳是如此活着的，其他比太阳质量小或者质量大的恒星，也是这样活着的。

这一过程的要求也不低，不同的原子核对于温度和压力的要求也有差异。

像氢的核聚变，需要1000万K(开尔文)的温度，氦核聚变需要的温度更高需要2亿K。此外，碳的核聚变温度是8亿K，氧的核聚变温度是15亿K。

从这里就能看出来，越重的元素，核聚变需要的温度和压力也就越高。这里插一点别的内容，现在各大国正在研究可控制的核聚变，单单是如何模拟温度这一块，难度就相当之大。

有意思的是，恒星本身的质量也是有差异的，像太阳在恒星群体中，它自身的质量就属于不大不小。

而那些质量大于太阳的恒星，因为内部的压力和温度更高，由此引发的核聚变过程就更加猛烈。

就好比一堆大火，燃烧的太快，熄灭的也就越早。恒星也是如此，质量越大核聚变反应剧烈导致质量消耗迅速，所以寿命相对于质量小一点的恒星就短了。

而恒星寿命的长短，也直接影响恒星核聚变反应的终点是什么。

太阳的核心压力与温度都有限，核心温度为1500万K，压力相当于3000亿个地球大气压，在这种情况下，太阳主要进行的是氢核聚变反应。

平均每4个氢，经过聚变反应成为1个氦核，其余0.7%的质量则流失了。与此同时，核聚变过程还伴生释放出恒定的能量。

随着太阳的逐渐老去，氢核聚变结束意味着燃烧完结，剩余的就是一个氦核。由于氦核聚变的温度和压力要求更高，此时的太阳内部达不到要求，核聚变反应就停歇了。

但情况还没有就此结束，由于核聚变产生的强大辐射压不存在了，太阳外部巨大的引力压，就会向内扩散，最终引发太阳的坍缩。

偏偏是这个坍缩的过程，让太阳内部的温度和压力又提升了，进而又达到了氦核聚变的要求，于是氦核聚变反应就开始了。

正是在这种变化下，一颗红巨星慢慢的膨胀了起来。就这样，太阳一边燃烧一边坍缩，一边坍缩又一边重新引发核聚变反应。

最终其剩余和压力和温度，只能将核聚变反应停止在碳，而后核聚变反应就彻底不能再重启了。这个所谓的碳球，其实就是致密性强的白矮星。

有人可能就会疑惑，不是说恒星核聚变反应的终点是铁吗，可太阳烧到最后怎么成了一堆碳呢？

这其实就是因为恒星质量不同所引起的了。

大质量的恒星，因为内部的压力和温度一直够用，所以就能一直推动核聚变反应一路前进。

不过，这个反复进行的过程，燃烧到铁元素的时候，基本上也会停止，可简单理解为烧不动了。

至于为何会这样，是因为在所有已知的元素中，铁56原子核最具稳定性。

这就又得说到原子核的构成。其本身依靠强力，将质子和中子牢牢束缚在一起，强力是宇宙中四大基本力之一。

质子本身具有正电，所以两个质子间又会产生相互排斥的电磁力。于是在一个原子核内，强力和电磁力就同时存在，因为中子本身是中性的，可以将另外两种力微妙的制衡在一起。

当然，一个原子核本身的构成也不一样，如果内部的序数小质子数量不多，电磁力就会弱与强力。

在这个过程中，强力会随着原子序数而叠加。就像氢元素从1个质子累加开始，质子数增加，强力作用增大，那么原子核整体就更稳定。

但是，原子核的半径也在增大，质子产生的电磁力也在累积，于是一旦达到临界点，一个原子核内质子产生的相斥力就会超过强力的束缚，于是一个原子核就开始不稳定了。

而这个临界点就是铁56原子核，它的构成是30个中子和26个质子。在这个临界点以下的，元素本身最稳定，反之稳定性就会变差。

从这个角度看，铁56原子核最稳定，铁元素相对于其他元素也就越稳定。如此一来，它自身的能量就很低了。

这样一来，那些元素没有铁重的元素，通过核聚变反应会产生能量。反之别的元素，也会通过核裂变产生能量。

只有铁，它处在一个微妙的临界点，两种核反应都不能让其产生能量反应。

也正因为如此，即便是质量再大的恒星，其核聚变反应一旦烧到只剩下铁，接下来的核聚变也就彻底终止了，因为没有能量可再驱动铁元素进行新的转化。

但是请注意，从外部来看，这时候的大质量恒星，仅仅是像太阳那样，走到了生命的尽头。

接下来核聚变彻底停歇后，因为恒星内外压力的失衡，这类恒星也会像太阳老去那样而坍缩。

这种坍缩的速度非常快，能超过光速四分之一甚至一半还多。但即便是这么高的速度，还是无法重启核聚变反应。

不过，内部的铁又以相同的反作用力，将坍缩的物质反弹了出去。于是，这强大的冲击力形成了爆炸，这便是天文学上的超新星爆发。

由于超新星爆发的温度和压力极高，经过一轮爆发后，其他诸如金银等重元素就出现了。

所以从本质上看，说恒星最后变成铁砣子，事实上是不准确的。严格意义上来说，形成铁而不能再进行核聚变，只是大质量恒星在演化过程中的一个阶段。

更何况像太阳以及质量更小的恒星，其生命在演化到末期后，剩下的元素也不是铁。也因此，宇宙最终的归宿肯定不是铁砣子。

至于宇宙最终的结局是什么，由于可产生量变的元素和机率太多，所以时至今日科学家都没有得出一个确切的结论。

当然，关于宇宙的终结，那又涉及到了另外的学说和概念，这里就不再展开细说了。

回到恒星变铁的这一问题上，只能说当大质量恒星在死去的过程中，都会经历这一阶段，而一旦经过后续的超新星爆发，它自身的演化就还在持续。

参考资料：

《宇宙中元素的起源》 物理 2019年