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中子星由什麼元素組成的?每立方厘米的密度高達上億噸,元素周期表都不夠用了
2023/07/28

我們都知道,宇宙萬物都是由基本的元素組成的,天然元素有90多種,這些元素構成了我們看到的豐富多彩的世界。

不過,宇宙如此之大,也存在一些讓人匪夷所思的天體,比如說中子星還有可怕的黑洞。組成中子星的物質并不是任何元素,中子星完全是由中子組成的,無數個中子被壓縮到非常小的體積內,形成了詭異的中子星。

中子星是由大質量恒星在死亡的過程中向內坍縮形成的,具體過程是怎樣的呢?

質量不同的恒星,在死亡之后的演化過程也不盡相同,比如說我們的太陽,在死亡之后會坍縮為白矮星,白矮星其實也非常致密,密度可以達到每立方米100萬噸,密度已經很高了,這意味著白矮星的組成物質其實已經不能用元素來解釋了,白矮星物質并不是由任何元素組成的。

不過,白矮星密度雖然很高,組成白矮星的原子被壓縮得很厲害,不過原子外圍的電子仍然沒有被壓縮到原子核上與質子結合,這是因為一種力量的存在:電子簡并壓。

根據泡利不相容原理,兩個或以上的費米子并不能處于同一個量子態,所以電子之間便會形成強大的排斥力,這就是電子簡并壓。打個比方,就相當于一間房間只能住一個人,如果另一個人也想住進來,里面的人就會極力排斥外面的人,這種排斥力就相當于「電子簡并壓」。

白矮星就是靠著電子簡并壓支撐著,保證白矮星物質不會一直向內坍縮。

不經過如果恒星的質量夠大,死亡后留下的致密內核質量達到1.4倍太陽質量,也就是錢德拉塞卡極限,就連電子簡并壓也無法對抗自身的強大引力。于是致密內核便開始在自身重力作用下繼續向內坍縮。

結果就是,電子被壓縮到原子核上與質子結合形成中子,中子星就是這樣誕生的。

中子星密度比白矮星要大得多,質量和引力都很大,理論上中子星仍舊可以向內坍縮,不過中子簡并壓的存在,與中子星自身的引力達到平衡,所以中子星沒有繼續向內坍縮。

何為中子簡并壓?與電子簡并壓類似,中子之間也會因為泡利不相容原理產生巨大排斥力,這就是中子簡并壓,這種力量比電子簡并壓更強大。

如果中子星質量夠大,達到三個太陽質量,也就是奧本海默極限,引力如此之大,以至于中子簡并壓也不足以對抗,于是中子星在自身引力作用下一直向內坍縮,最終形成宇宙中最詭異的天體,黑洞。

黑洞并不一定是通過中子星產生的,只要恒星質量足夠大,達到太陽質量的8倍以上,在恒星燃料耗盡走向死亡的過程中,就會坍縮為詭異的黑洞。

中子星雖然已經無法用任何元素來描述,但起碼我們還知道中子星是由中子組成的,被壓縮得非常致密的中子。從這點上來講,中子星就相當于超大號的「原子核」,因為原子核就是由質子和中子組成的,而質子和中子質量是一樣的,只是一個帶電一個不帶電。

而黑洞則是把中子無限向內壓縮形成的不可思議的天體,組成黑洞的物質到底是什麼?

或許已經不能用物質來描述黑洞了,因為黑洞其實就是體積無限小的奇點,這個奇點密度無限高,完全超出了科學描述的范疇。我們通常所說的黑洞體積,其實指的并不是黑洞大小,黑洞是沒有大小的,指的是黑洞事件視界的大小。以黑洞奇點為中心,史瓦西半徑為半徑組成的球體大小,就是黑洞體積。

也就是說,把非常致密的中子星完全碾碎,然后壓縮到無限小的一個點上,就是黑洞,顯然,黑洞本身完全超出了人們的認知。

因為科學描述的東西都是具體的,有限的。任何涉及無限的東西都無法用科學來描述,無限是抽象的,無法用物理語言描述的。

在現實中,并不存在無限的東西。即便是在數學上,無限也會帶給人們很多困擾,比如說人類數學史上曾經出現過的三次數學危機,最后一個危機直到今天都沒能完全解決。

根據目前的科學研究結果,黑洞就是時空的分界線,這說明了一點,黑洞內部,也就是事件視界內部不再屬于四維時空,而我們存在的根本就是四維時空,所以有理由相信黑洞甚至不再屬于我們的宇宙,很可能是通往「超時空」的通道,就像科幻電影《星際穿越》里面的男主人公穿越黑洞后,到達了五維時空!

這也是為什麼天文學家們如此熱衷于研究黑洞的主要原因,他們堅信黑洞一定隱藏著宇宙的本源!

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