恒星通常是在星際氣體中誕生的。在宇宙中，當(dāng)星際氣體的密度增加到一定程度時(shí)，由于其內(nèi)部引力的增長(zhǎng)大于氣體壓力的增長(zhǎng)，這團(tuán)氣體云就開(kāi)始收縮。這樣的傾向一開(kāi)始，其自身引力使巨量物質(zhì)的密度普遍增大。巨大質(zhì)量的星際物質(zhì)開(kāi)始變得不穩(wěn)定。這些巨量的星際氣體與塵埃坍縮進(jìn)行得越來(lái)越迅猛，開(kāi)始分裂形成較小的云團(tuán)，密度也增大了許多。這些較小的云團(tuán)最終將各自成為一顆恒星。由于星際物質(zhì)的質(zhì)量通常非常巨大，通常在太陽(yáng)的一萬(wàn)倍以上，所以恒星總是一下子一大批地降生。

　　如果有一團(tuán)星際氣體超過(guò)通常的星際物質(zhì)（每立方厘米一個(gè)氫原子）的密度，達(dá)到每立方厘米已達(dá)六萬(wàn)個(gè)氫原子。開(kāi)始時(shí)這團(tuán)氣體是透光的，發(fā)出的光熱輻射不受周圍物質(zhì)的牽制，暢行無(wú)阻地傳到外面。物質(zhì)以自由落體的形式落到中心，在中心區(qū)積聚起來(lái)。本來(lái)質(zhì)量均勻分布的一團(tuán)物質(zhì)，變成了越往里密度越大的氣體球。隨著密度的增大，中心附近的重力加速度越來(lái)越大，內(nèi)部區(qū)域物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度的增長(zhǎng)表現(xiàn)得最為突出。開(kāi)始幾乎所有的氫以分子的形式存在，氣體的溫度也很低，總不見(jiàn)升高，這是因?yàn)樗�仍然過(guò)于稀薄，一切輻射都能往外穿透，潰縮著的氣體球受到的加熱作用并不顯著。經(jīng)歷幾十萬(wàn)年后，中心區(qū)的密度逐漸變大，在那里，氣體對(duì)于輻射來(lái)說(shuō)變得不透明了。這時(shí)核心便開(kāi)始升溫，隨著溫度的上升，壓力開(kāi)始變大，坍縮逐漸停止。這個(gè)特密中心區(qū)的半徑通常和木星軌道半徑相近，而它所含的質(zhì)量只及整個(gè)坍縮過(guò)程中涉及的全部物質(zhì)的5%。物質(zhì)不斷落到內(nèi)部的小核上，它帶來(lái)的能量在物質(zhì)撞擊到核心上時(shí)又成為輻射而放出。與此同時(shí)，核心在不斷縮小，并變得越來(lái)越熱。

　　溫度達(dá)到二千度左右時(shí)，氫分子開(kāi)始分解成為原子。核心開(kāi)始再度收縮，收縮時(shí)釋放出的能量將把所有氫分子都分解為原子。這個(gè)新生的核心比今天的太陽(yáng)稍大一些，不斷向中心落下的外圍物質(zhì)最終都要落到這個(gè)核心上，一顆質(zhì)量和太陽(yáng)一樣的恒星就要誕生了。

　　人們將這樣的天體稱為“原恒星”，它的輻射消耗主要由下落到它上面的物質(zhì)的能量來(lái)補(bǔ)充。由于密度和溫度在升高，原子漸漸地丟失了它們的外層電子。落下的氣體和塵埃形成了厚厚的外殼，使光無(wú)法穿透。直至越來(lái)越多的下落物質(zhì)和核心聯(lián)成一體時(shí)，外殼才透光，發(fā)光的星體突然露出來(lái)。其余的云團(tuán)物質(zhì)還在不斷向它落下，密度還在不斷增大，內(nèi)部溫度也在上升。直至中心溫度達(dá)到一千萬(wàn)度發(fā)生聚變。一顆原始的恒星誕生了。

　　在反抗引力的持久斗爭(zhēng)中，恒星的主要武器是核能。它的核心就是一顆大核彈，在那里不斷地爆炸。正是因?yàn)檫@種核動(dòng)力能自我調(diào)節(jié)得幾乎精確地與引力平衡，恒星才能在長(zhǎng)達(dá)數(shù)十億年的時(shí)間里保持穩(wěn)定。

　　熱核反應(yīng)發(fā)生在極高溫度的原子核之間，因而涉及物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)。在太陽(yáng)這樣的恒星中心，溫度達(dá)到一千五百萬(wàn)開(kāi)氏度，壓強(qiáng)則為地球大氣壓的三千億倍。在這樣的條件下，不僅原子失去了所有電子而只剩下核，而且原子核的運(yùn)動(dòng)速度也是如此之高，以至于能夠克服電排斥力而結(jié)合起來(lái)，這就是核聚變。

　　恒星是在氫分子云的中心產(chǎn)生的，因而主要由氫組成。氫是最簡(jiǎn)單的化學(xué)元素，它的原子核就是一個(gè)帶正電荷的質(zhì)子，還有一個(gè)帶負(fù)電荷的電子繞核旋轉(zhuǎn)。恒星內(nèi)部的溫度高到使所有電子都與質(zhì)子分離，而質(zhì)子就像氣體中的分子在所有方向上運(yùn)動(dòng)。由于同種電荷互相排斥，質(zhì)子就被一種電“盔甲”保護(hù)著，從而與其他質(zhì)子保持距離。但是，在年輕恒星核心的一千五百萬(wàn)開(kāi)氏度的高溫下，質(zhì)子運(yùn)動(dòng)得如此之快，以至于當(dāng)它們相互碰撞時(shí)就能夠沖破“盔甲”而粘合在一起，而不是像橡皮球那樣再?gòu)楅_(kāi)。

　　四個(gè)質(zhì)子聚合，就成為一個(gè)氦核。氦是宇宙中第二位最豐富的元素。氦核的質(zhì)量小于它賴以形成的四個(gè)質(zhì)子質(zhì)量之和。這個(gè)質(zhì)量差只是總質(zhì)量的千分之七，但是這一點(diǎn)質(zhì)量損失轉(zhuǎn)化成了巨大的能量。一公斤氫變成氦時(shí)所釋放的能量，足以使一只一百瓦的燈泡長(zhǎng)明一百萬(wàn)年。像太陽(yáng)那樣的恒星有一個(gè)巨大的核，在那里每秒鐘有六億噸氫變成氦。巨大的核能量朝向恒星外部猛烈沖擊就能阻止引力收縮。

　　恒星中心釋放的能量作為光子輻射出來(lái)，然而光子要經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的路程才能到達(dá)太陽(yáng)表面并逃逸到星際空間。雖然光子的速度將近每秒鐘三十萬(wàn)公里，太陽(yáng)的半徑是七十萬(wàn)公里，但從太陽(yáng)中心發(fā)出的光子到達(dá)太陽(yáng)表面的時(shí)間卻不是二點(diǎn)三秒。那些光子得花上約一千萬(wàn)年才能走完這段路程。我們地球上現(xiàn)在收到的陽(yáng)光，是八分鐘前離開(kāi)太陽(yáng)表面的，但是它從太陽(yáng)核心產(chǎn)生時(shí)，猿類和早已滅絕的柱牙象還在非洲行走，而非洲與歐亞大陸還未相連。

　　然而，“恒定”的演化歷程終將結(jié)束，熊熊烈焰熄滅后，恒星將化為余燼。當(dāng)所有的氫都變成了氦時(shí)，核心的火就沒(méi)有足夠的燃料來(lái)維持，恒星在主序階段的平靜日子就到了盡頭，大動(dòng)蕩的時(shí)期來(lái)到了。

　　一旦燃料用光，熱核反應(yīng)的速率立即劇減，引力與輻射壓之間的平衡被打破了，引力占據(jù)了上風(fēng)。有著氦核和氫外殼的恒星，在自身的重力下開(kāi)始收縮，壓強(qiáng)、密度和溫度都隨之升高，于是恒星外層尚未動(dòng)用過(guò)的氫開(kāi)始燃燒，外殼開(kāi)始膨脹，而核心在收縮。

　　在大約一億度的高溫下，恒星核心的氦原子核聚變成為碳原子核。每三個(gè)氦核聚變成一個(gè)碳核，碳核再捕獲另外的氦核而形成氧核。這些新反應(yīng)的速度與緩慢的氫聚變完全不同。它們像閃電一樣快地突然起爆（氦閃耀），而使恒星不得不盡可能地相應(yīng)調(diào)整自己的結(jié)構(gòu)。經(jīng)歷約一百萬(wàn)年后，核能量的外流漸趨穩(wěn)定。此后的幾億年里，恒星處于暫時(shí)的平穩(wěn)，核區(qū)的氦在漸漸消耗，氫的燃燒越來(lái)越向更外層推進(jìn)。但是，調(diào)整是要付出代價(jià)的，這時(shí)的恒星將膨脹得極大，以使自己的結(jié)構(gòu)適應(yīng)于光度的增大。它的體積將增大十億倍。這個(gè)過(guò)程中恒星的顏色會(huì)改變，因?yàn)槠渫鈱优c高溫的核心區(qū)相距很遠(yuǎn)，溫度就低了下來(lái)。這種狀態(tài)的恒星稱為紅巨星。

　　紅巨星時(shí)期的恒星表面溫度相對(duì)很低，但極為明亮，因?yàn)樗鼈兊捏w積非常巨大。肉眼能看到的最亮的星中有許多就是紅巨星，如參宿四、畢宿五、大角、心宿二等。我們的太陽(yáng)在五十億或六十億年后也將變成一個(gè)紅色“巨人”。當(dāng)核心的氫耗完時(shí)，太陽(yáng)就開(kāi)始膨脹，那時(shí)水星將化為蒸汽，金星的大氣將被吹光，地球上的海洋將沸騰。然后太陽(yáng)還會(huì)繼續(xù)膨脹，并將地球納入它的勢(shì)力范圍。地球被燒焦的殘骸會(huì)繼續(xù)在巨型太陽(yáng)灼熱而極稀薄的大氣里轉(zhuǎn)圈。紅巨星外層物質(zhì)的密度比地球?qū)嶒?yàn)室里能得到的最好真空還要低得多。

　　在恒星大膨脹成為紅巨星，熱核反應(yīng)速率也不可逆轉(zhuǎn)地衰減之后，恒星吹出氣體并收縮到地球那樣大小，即幾千公里直徑。物質(zhì)的濃縮使得星體表面溫度大為升高，以至真正成為白熱。小尺度和高表面溫度這兩個(gè)特征，使這種星得名為白矮星。

　　白矮星是中等質(zhì)量恒星演化的終點(diǎn)，在銀河系中隨處可見(jiàn)。它的質(zhì)量越大，半徑就越小。由于沒(méi)有熱核反應(yīng)來(lái)提供能量，白矮星在發(fā)出輻射的同時(shí)，也以同樣的速率冷卻。但是，白矮星本性節(jié)儉，它在形成后要經(jīng)過(guò)數(shù)十億年的冷卻時(shí)間。白矮星的變暗過(guò)程是如此之慢，自一百五十億年前宇宙創(chuàng)生和第一批恒星出現(xiàn)以來(lái)，恐怕還沒(méi)有一個(gè)黑矮星形成，這里需要極大的耐心。太陽(yáng)正處在其主序階段的中點(diǎn)，還要經(jīng)過(guò)五十億年才到行星狀星云那樣的“高齡”，它將再短暫地活躍十萬(wàn)年，然后成為一顆白矮星并在一百億年中緩慢地死去，最后作為一顆黑矮星而永存。

　　離開(kāi)主序時(shí)質(zhì)量超過(guò)八倍太陽(yáng)的恒星能制造重原子核。在溫度升到六億開(kāi)氏度時(shí)，碳保不住了，相互猛撞并聚合成氖和鎂。一條“生產(chǎn)線”就此建立，因?yàn)槊總�(gè)新的熱核反應(yīng)都能釋放更多的能量，使溫度升得更高，從而導(dǎo)致新的轉(zhuǎn)變。然而核轉(zhuǎn)變并不能就無(wú)限制地繼續(xù)，反應(yīng)的洪流最后都朝著一個(gè)元素匯集：鐵。鐵是大質(zhì)量恒星核心的最后灰燼。與此同時(shí)恒星還不斷地膨脹其外殼以調(diào)節(jié)平衡，它會(huì)膨脹到一個(gè)異常巨大的尺度，成為紅超巨星。紅超巨星是宇宙中最大的恒星。如果把這樣一個(gè)星放在太陽(yáng)系中心，它將吞沒(méi)包括遠(yuǎn)在五十億公里外的冥王星在內(nèi)的所有行星。

　　雖然鐵核的溫度在十億度以上，卻沒(méi)有能量從中流出。它不足以使超巨星維持引力平衡，鐵核就會(huì)被壓得更緊密，使其中的電子處于簡(jiǎn)并態(tài)。當(dāng)簡(jiǎn)并電子的巨大壓力能暫時(shí)地支持外層的重量時(shí)，恒星活動(dòng)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)間歇。但是當(dāng)核心里鐵和簡(jiǎn)并電子的質(zhì)量超過(guò)一點(diǎn)四個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量時(shí)，電子已簡(jiǎn)并的核突然塌陷，劇烈收縮，在十分之一秒內(nèi)溫度猛升到五十億度。涌出的光子帶有的巨大能量將鐵原子核炸開(kāi)，蛻變成氦原子核。這個(gè)過(guò)程叫光致蛻變。光致蛻變使原子核破裂并吸收能量，恒星核心的平衡發(fā)生了前所未有的急劇變化，越來(lái)越不能抵擋無(wú)情的重壓，溫度持續(xù)上升，直到氦核本身也蛻變?yōu)槠浠�本成分：質(zhì)子、中子和電子。在高溫下電子變得更不能阻擋壓縮力，在零點(diǎn)一秒內(nèi)，它們被擠壓到與質(zhì)子結(jié)合在一起。二者的電荷相中和，變成為中子，同時(shí)迸發(fā)出巨大的中微子流。中子的“占據(jù)體積”要小得多，兩個(gè)中子之間的間隔，可以小到十的負(fù)十三次方厘米，也就是說(shuō)，中子可以相互碰到。于是，中子化就伴隨有一場(chǎng)物質(zhì)的內(nèi)向爆炸和密度朝著簡(jiǎn)并態(tài)的巨大增長(zhǎng)。恒星的密度達(dá)到每立方厘米十的十四次方克，相當(dāng)于在一只縫紉頂針里有一億噸的質(zhì)量。恒星核里再?zèng)]有任何“真空”留下，恒星核就成了一種主要由中子組成的巨大原子核，這種遠(yuǎn)比白矮星緊密的新的物質(zhì)簡(jiǎn)并態(tài)，就叫做中子星。

　　在某些質(zhì)量遠(yuǎn)大于太陽(yáng)的恒星的已簡(jiǎn)并的核心，繼續(xù)發(fā)生著坍縮，但最終形成的并不是中子星，而是黑洞。

　　沒(méi)有東西能從黑洞逃逸，包括光線在內(nèi)。黑洞可從大質(zhì)量恒星的死亡中產(chǎn)生。一顆大質(zhì)量恒星坍縮后，當(dāng)其引力大得無(wú)任何其他排斥力能與之相對(duì)抗時(shí)，恒星被壓成了一個(gè)稱為“奇點(diǎn)”的孤立點(diǎn)。有關(guān)黑洞結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)可用愛(ài)因斯坦解釋引力使空間彎曲和時(shí)鐘變慢的廣義相對(duì)論來(lái)計(jì)算。奇點(diǎn)是黑洞的中心，在它周圍引力極強(qiáng)。黑洞的表面通常稱為視界，或叫事件地平(EventHorizon)、“靜止球狀黑洞的史瓦西半徑”，它是那些能夠和遙遠(yuǎn)事件相通的時(shí)空事件和那些因信號(hào)被強(qiáng)引力場(chǎng)捕獲而不能傳出去的時(shí)空事件之間的邊界。在事件地平之下，逃逸速度大于光速。這是一種人類尚未得到直接觀察證實(shí)的天體現(xiàn)象，但它已被一些著名的理論天文學(xué)家如霍金等在數(shù)學(xué)模型方面研究得相當(dāng)完善