密度,，這可能是我們?cè)趯W(xué)生時(shí)代最早接觸的一批物理概念,，它所代表的含義也非常簡(jiǎn)單，在單位體積中物質(zhì)質(zhì)量的大小即是密度，數(shù)學(xué)式就是用物體質(zhì)量除以物體體積,。然而,，物體的密度有極限嗎？

從直覺(jué)上來(lái)看,，這似乎不是一個(gè)問(wèn)題,，因?yàn)槲覀冎牢镔|(zhì)是由原子構(gòu)成的，而原子又是由其它更小的粒子組成的,，但它們組合到一起有個(gè)共同的特征,，那就是會(huì)占據(jù)一定的空間體積，既然會(huì)占據(jù)一定的空間體積,，那也就說(shuō)明了在這個(gè)空間體積中,，只能存在一定量的物質(zhì)質(zhì)量，所以從這個(gè)層面上來(lái)講,，最大的密度也頂多是某個(gè)特定的空間體積內(nèi)占滿了粒子,，用所有的粒子質(zhì)量總和除以體積，就能得出密度大小,。

但在現(xiàn)有的理論中,，密度并沒(méi)有所謂的極限，最好的例子就是黑洞（黑洞目前已經(jīng)被人類直接觀測(cè)到,，并“拍”下了照片）,。實(shí)際上，對(duì)于黑洞的形成過(guò)程就是一個(gè)關(guān)于密度遞增的很好例子,。

以恒星級(jí)黑洞為例,，這些黑洞之所以被稱為恒星級(jí)，是因?yàn)檫@些黑洞的前生都是一些大質(zhì)量恒星,，那么這些大質(zhì)量恒星有什么特殊之處呢,？

與太陽(yáng)的一生做一個(gè)對(duì)照，好方便理解,。這些恒星和太陽(yáng)一樣,，都有一個(gè)主序星時(shí)期，在這個(gè)階段,，大家都是從氫元素開(kāi)始聚變,，整個(gè)過(guò)程中會(huì)釋放出大量的能量（比如太陽(yáng)給出地球的光和熱），然而隨著聚變?cè)氐牟粩嗯噬?，恒星所謂的主序星時(shí)期也將結(jié)束,，星體開(kāi)始變得不穩(wěn)定起來(lái)。

比如我們的太陽(yáng)會(huì)形成紅巨星,，而大質(zhì)量恒星則會(huì)形成超紅巨星,，隨著時(shí)間的推移，恒星內(nèi)部的元素在不斷的變重,，直到恒星內(nèi)核聚集了大量的鐵元素（我們的太陽(yáng)由于質(zhì)量不達(dá)標(biāo),，因此不會(huì)到鐵元素這一步），此時(shí)恒星內(nèi)部核聚變所產(chǎn)生的能量再也無(wú)法維持星體的平衡,，于是爆發(fā)開(kāi)始了,，巨量的能量在短期內(nèi)被釋放出來(lái)（能與太陽(yáng)一生所釋放的能量總量相對(duì)比），大量物質(zhì)被拋灑到宇宙空間,，只留下一顆高密度的內(nèi)核,。

我們注意到,，大恒星從一開(kāi)始的氫元素聚變,，到后來(lái)的鐵元素停止（因?yàn)殍F元素再往上聚變，整個(gè)過(guò)程不是釋放能量了,，而是吸收能量）,，整個(gè)就是一個(gè)密度不斷攀升的過(guò)程，而大恒星所殘留下的高密度內(nèi)核,，更加恐怖,，因此這些所謂的內(nèi)核，實(shí)際上就是我們經(jīng)常會(huì)提到了中子星或者黑洞（像太陽(yáng)那般質(zhì)量的恒星,，最后是形成白矮星）,。

對(duì)于中子星的密度,，一個(gè)經(jīng)常的說(shuō)法：如果你拿一個(gè)小勺子去中子星上挖下一塊物質(zhì),，而那塊物質(zhì)的質(zhì)量足以比得上地球上的一座大山，足見(jiàn)中子星的密度有多恐怖,。如果說(shuō)的更加數(shù)據(jù)一些,，那么中子星的密度范圍是在每立方厘米八千萬(wàn)噸到二十億噸之間，可能這已經(jīng)不是我們腦中能狗想象出來(lái)的場(chǎng)景的,，而且還需要注意一點(diǎn)，中子星雖然密度大,，但是體積并不大,，它們的半徑多在三十公里以內(nèi)，而且對(duì)于那些轉(zhuǎn)速比較塊的中子星,，我們通常叫它們“脈沖星”,。

實(shí)際上，中子星若此大的密度是由其構(gòu)成物質(zhì)決定的,，我們都知道原子的結(jié)構(gòu),，主要質(zhì)量集中再原子核上,，但原子核的體積相比于整個(gè)原子來(lái)說(shuō)，是非常非常小的,，因?yàn)楫?dāng)原子破碎后（換句比喻,，就是原子中的電子被壓入原子核內(nèi),，與質(zhì)子合成了中子）,，內(nèi)部的中子聚集到了一起，產(chǎn)生了所謂的中子簡(jiǎn)并壓,，用來(lái)對(duì)抗強(qiáng)大的引力,。既然是中子都炮到了一塊,，那么可以想象，其密度到底有多大,。

中子星的密度已經(jīng)是如此恐怖，那么黑洞的密度又是如何呢,？先別著急,，在講黑洞前，我們?cè)俳榻B一個(gè)目前理論上可能存在的,，密度介于中子星和黑洞之間的怪異天體——夸克星,。

夸克星的形成過(guò)程，如果不太嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膩?lái)說(shuō),，和中子星是差不多的,，當(dāng)中子被壓垮后，露出了內(nèi)部的夸克（也就是所謂的打破了夸克禁閉）,，這些夸克跑到了一塊,，很顯然，夸克星的密度又要比中子星大上數(shù)個(gè)量級(jí),。當(dāng)然了,，剛才的描述并不嚴(yán)謹(jǐn)，只是一個(gè)簡(jiǎn)略的說(shuō)法,，因?yàn)檎麄€(gè)星體的存在,，目前還是理論上的，并沒(méi)有實(shí)際上觀測(cè)到,，而且理論上也沒(méi)有統(tǒng)一起來(lái),。

那么密度還在夸克星之上的黑洞呢,？

對(duì)于史瓦西黑洞來(lái)說(shuō),，它的結(jié)構(gòu)是由事件視界和奇點(diǎn)構(gòu)成的，由于特殊性質(zhì),，在事件視界以內(nèi),，奇點(diǎn)以外的空間中,，并不存在的物質(zhì)，因?yàn)槟切┍晃牒诙吹奈镔|(zhì),，最終都會(huì)流向奇點(diǎn),，而奇點(diǎn)又是一個(gè)體積無(wú)窮小的存在，我們用密度公式來(lái)算一下,，很顯然,，奇點(diǎn)的密度變成了無(wú)窮大。

由此看來(lái),，密度確實(shí)是沒(méi)有極限的,，黑洞中的奇點(diǎn)就是一個(gè)很好的證明。

本篇文章的內(nèi)容到此結(jié)束,。

謝謝各位閱讀！

以后還會(huì)不斷更新精心準(zhǔn)備的通俗科普長(zhǎng)文,！

期待您的點(diǎn)評(píng)和關(guān)注哦,！

內(nèi)容來(lái)自今日頭條