什么是静水平衡(Hydrostatic Equilibrium)？

当重力所施加的向下的力与流体压力所施加的向上的力相平衡时，流体的体积（可以是气体或液体）被称为流体静力平衡。例如，地球的大气被重力向下拉，但朝向地面的空气则被所有空气的重量压缩因此，从大气层顶部到地球表面的空气密度增加，这种密度差意味着气压随着高度的增加而降低，因此来自下面的向上压力大于来自上面的向下压力，这个净向上的力平衡了重力向下的力，保持了大气在或多或少恒定的高度。当一个体积的流体不处于静水平衡状态时，如果重力超过压力，它必须收缩；如果内部压力更大，它必须膨胀。流体体积在静水平衡中，当重力向下的力被流体压力施加的向上的力平衡时，这个概念可以用静水平衡方程来表达表示为dp/dz=−gρ，适用于流体静力平衡中体积较大的一层流体，其中dp是该层内的压力变化，dz是该层的厚度，g是重力引起的加速度，ρ是流体的密度。该方程可用于计算，例如，行星大气中离地表一定高度处的压力在黑洞的情况下，无法实现流体静力平衡。空间中的一个体积的气体，如一个大的氢气云，最初会由于重力而收缩，当它的压力向中心增加时，收缩将继续，直到有一个向外的力等于向内的引力。这通常是中心的压力非常大，氢原子核在一个叫做核聚变的过程中融合在一起产生氦，释放出大量的产生恒星的能量。产生的热量增加了气体的压力，产生了一个向外的力来平衡向内的引力，这样恒星就会处于静水平衡状态。在重力增加的情况下，也许是通过更多的气体落入恒星中，气体的密度和温度也会增加，提供更大的向外压力并维持平衡。恒星在很长一段时间内保持静水平衡，通常是几十亿年，但最终它们会耗尽这些变化暂时使恒星失去平衡，导致膨胀或收缩，直到新的平衡建立。铁不能被熔化成更重的元素，因为这将需要比这个过程产生的更多的能量，所以当恒星的所有核燃料都最终转化为铁，再也不能发生聚变，恒星就会崩塌这可能会留下一个固体的铁心，一个中子星或一个黑洞，这取决于恒星的质量。就黑洞而言，没有已知的物理过程能够产生足够的内部压力来阻止引力坍缩，所以流体静力平衡无法实现，人们认为恒星收缩到一个无限密度的点，称为奇点。