中子星密度每立方厘米超一億噸,那麽黑洞裏面是什麽物質?

宇宙時空探索 2024-03-31 19:11:17

中子星和黑洞堪稱宇宙中最恐怖的天體,尤其是黑洞,奇點的密度無限大,超出了我們的認知範圍。

即便是中子星,密度也非常大,每立方厘米中子星物質超過一億噸,已經完全不能用元素解釋了,那麽黑洞裏面到底是什麽物質呢?

首先我們先來看一下黑洞的具體特征。

黑洞,其實是沒有大小的,黑洞本身就是體積無窮小的奇點,密度無限大。我們通常所見的黑洞體積大小,指的是以奇點爲中心以史瓦西半徑爲半徑組成的球面。

任何質量的物體,都有對應的史瓦西半徑,當然黑洞也不例外。史瓦西半徑與質量成正比,質量越大,史瓦西半徑就越大。有一個簡單的公式可以計算一個物體的史瓦西半徑。

可以這樣通俗理解史瓦西半徑,任何物體一旦被壓縮到史瓦西半徑的尺度,就會坍縮爲黑洞。

雖然史瓦西半徑有大小,但黑洞其實是沒有大小的,所有的質量都集中在奇點上。物理學上研究的是具體的物理量,而無窮屬于抽象概念,因此黑洞和奇點本身完全無法用如今的物理定律去诠釋。

而由于黑洞所有的物質都集中在無窮小的奇點,因此那裏並不存在我們認知到的所有元素。

事實上,不要說中子星和黑洞了,即便是白矮星,都已經不是我們認知的元素組成的了。

我們太陽的最終宿命就是白矮星。科學家研究認爲,0.5倍到8倍太陽質量的恒星,在死亡之後就會演化爲白矮星。白矮星實際上就是小質量恒星死亡後的殘骸。

千萬不要小看白矮星,它的密度同樣非常大。小質量恒星在死亡的過程中,在自身重力作用下向內坍縮,核外電子成爲自由電子,但基本上還能保持原子的狀態,白矮星依靠電子簡並壓與引力保持平衡,因此白矮星也可以被稱爲“電子簡並態物質”。

何爲電子簡並壓?

根據泡利不相容原理,兩個或者兩個以上的粒子不能處于完全相同的量子態,這意味著當兩個或多個電子試圖占據一個量子態時,就會産生巨大的力量,這就是電子簡並壓。

用現實世界打比方是這樣的。你就喜歡一個人在一個房間裏獨處,如果有其他人試圖進入你的房間,你就會使勁把這個人往外推,你的推力就相當于電子簡並壓。

白矮星就是靠電子簡並壓與引力抗衡,不讓自身一直向內坍縮。

白矮星密度可以達到每秒1噸到10噸,因此,即便是白矮星物質,也不是我們已知的任何元素組成的。

白矮星形成之後,憑借自身強大的引力,會不斷吞噬周圍的物質,哪怕恒星也會被白矮星吞噬。當白矮星的質量達到一個極限,所謂的“錢德拉塞卡極限”,大約是太陽質量的1.44倍,此時的電子簡並壓也無法承受強大的重力,白矮星會繼續向內坍縮,引發超新星爆發,最終很可能坍縮爲中子星。

說白了,錢德拉塞卡是白矮星的上限,同時也是中子星的下限。

中子星,顧名思義,完全由中子組成,說白了就是一個超級大的“原子核”,核外電子完全被壓進了原子核內,與質子結合形成中子。

中子星密度非常大,每立方厘米中子星物質質量可超過一億噸。中子星之所以能夠存在,就是因爲中子簡並壓的存在,中子簡並壓是比電子簡並壓更強大的力量,足以對抗中子星自身強大的重力。

但是,即便是強大的中子簡並壓,也有一個極限,那就是奧本海默極限。當中子星的質量來到奧本海默極限時,也就是大約3個太陽質量,中子簡並壓也無法支撐強大的引力,繼續向內坍縮,最終坍縮爲黑洞。

雖然白矮星和中子星內部物質已經無法用元素來解釋,但起碼我們可以知道白矮星和中子星內部的組成結構。白矮星裏面主要還是由原子組成,但不再是普通的原子。而中子星完全由中子組成,所有的中子都緊密地挨在一起,非常致密。

而黑洞完全脫離了我們的認知範圍,我們無法確定黑洞奇點到底是怎樣一個存在狀態。

截至目前爲止,包括人造元素在內,人類已知的有118種元素,密度最大的元素也只有每立方厘米22.8克,要知道白矮星密度爲每立方厘米10噸,而中子星更是達到每立方厘米一億噸以上。

即便是最終的元素,與白矮星和中子星相比,也完全不是一個量級的。科幻小說《三體》裏面的奇異物質“水滴”就非常重,密度與中子星相當。

那麽黑洞奇點呢?

對于黑洞奇點來講,完全不能用我們的普通思維去衡量了,遠不是把中子星內部的種子全部壓碎那麽簡單了。因爲無論把中子壓得有多碎,總是會有體積的,而且不管密度有多大,總是會有一個賞析三的。

但奇點完全沒有體積,它無窮小,密度無窮大,早就超出了我們對物質的認知範疇了。

通俗來講,黑洞奇點根本不屬于我們四維時空,完全是“超時空”的存在方式。也難怪四維時空裏的人類無法窺視黑洞的奧秘了。

而如果能夠借助黑洞奇點了解任何有關“超時空”的奧秘,很可能會引領人類進入另一個全新時代,窺視更多大自然奧秘,甚至直擊宇宙的底層邏輯。

這也是爲什麽科學家們對黑洞如此著迷的原因所在,因爲他們堅信黑洞奇點一定隱藏著更高級的大自然法則,甚至可以讓人類窺視通往高維度的奧秘!

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评论列表
  • 2024-06-04 18:54

    破碎的虛空:空間亂流

  • 2024-04-21 22:19

    太高深,,看不懂[紅臉笑]

  • 2024-05-16 10:54

    黑洞是由最重元素(粒孒)物質(即最陰)會聚自然構成最陰天體,它與太陽(即由氫等輕元素(粒子)物質會聚自然構成最陽天體)對立統一自然分布在各雙太系內外兩極,太陽是雙太系中心的宇宙細胞核,而黑洞是相鄰雙太系的中心,是相鄰雙太系的定海神針,將相鄰雙太系緊緊緊地聯系在一起。詳見《守正創新國學現代化》一直。龔木益

  • 2024-06-15 20:18

    人類還沒來得及了解宇宙就會滅絕!

宇宙時空探索

簡介:用通俗的語言诠釋科學