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中子星密度每立方厘米超一億噸,那么黑洞里面是什么物質(zhì),?

 宇宙時空探索 2024-07-10 發(fā)布于遼寧

中子星和黑洞堪稱宇宙中最恐怖的天體,,尤其是黑洞,奇點(diǎn)的密度無限大,,超出了我們的認(rèn)知范圍,。

即便是中子星,密度也非常大,,每立方厘米中子星物質(zhì)超過一億噸,,已經(jīng)完全不能用元素解釋了,那么黑洞里面到底是什么物質(zhì)呢,?

首先我們先來看一下黑洞的具體特征,。

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

任何質(zhì)量的物體,都有對應(yīng)的史瓦西半徑,,當(dāng)然黑洞也不例外,。史瓦西半徑與質(zhì)量成正比,質(zhì)量越大,,史瓦西半徑就越大,。有一個簡單的公式可以計(jì)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,,就會坍縮為黑洞。

雖然史瓦西半徑有大小,,但黑洞其實(shí)是沒有大小的,,所有的質(zhì)量都集中在奇點(diǎn)上,。物理學(xué)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(diǎn)本身完全無法用如今的物理定律去詮釋,。

而由于黑洞所有的物質(zhì)都集中在無窮小的奇點(diǎn),因此那里并不存在我們認(rèn)知到的所有元素,。

事實(shí)上,,不要說中子星和黑洞了,即便是白矮星,,都已經(jīng)不是我們認(rèn)知的元素組成的了,。

我們太陽的最終宿命就是白矮星??茖W(xué)家研究認(rèn)為,,0.5倍到8倍太陽質(zhì)量的恒星,在死亡之后就會演化為白矮星,。白矮星實(shí)際上就是小質(zhì)量恒星死亡后的殘骸,。

千萬不要小看白矮星,它的密度同樣非常大,。小質(zhì)量恒星在死亡的過程中,,在自身重力作用下向內(nèi)坍縮,核外電子成為自由電子,,但基本上還能保持原子的狀態(tài),,白矮星依靠電子簡并壓與引力保持平衡,因此白矮星也可以被稱為“電子簡并態(tài)物質(zhì)”,。

何為電子簡并壓,?

根據(jù)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(tài),,這意味著當(dāng)兩個或多個電子試圖占據(jù)一個量子態(tài)時,,就會產(chǎn)生巨大的力量,這就是電子簡并壓,。

用現(xiàn)實(shí)世界打比方是這樣的,。你就喜歡一個人在一個房間里獨(dú)處,如果有其他人試圖進(jìn)入你的房間,,你就會使勁把這個人往外推,,你的推力就相當(dāng)于電子簡并壓。

白矮星就是靠電子簡并壓與引力抗衡,,不讓自身一直向內(nèi)坍縮,。

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

白矮星形成之后,,憑借自身強(qiáng)大的引力,,會不斷吞噬周圍的物質(zhì),哪怕恒星也會被白矮星吞噬,。當(dāng)白矮星的質(zhì)量達(dá)到一個極限,,所謂的“錢德拉塞卡極限”,大約是太陽質(zhì)量的1.44倍,,此時的電子簡并壓也無法承受強(qiáng)大的重力,,白矮星會繼續(xù)向內(nèi)坍縮,引發(fā)超新星爆發(fā),,最終很可能坍縮為中子星,。

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(jìn)了原子核內(nèi),,與質(zhì)子結(jié)合形成中子,。

中子星密度非常大,每立方厘米中子星物質(zhì)質(zhì)量可超過一億噸,。中子星之所以能夠存在,,就是因?yàn)橹凶雍啿旱拇嬖冢凶雍啿菏潜入娮雍啿焊鼜?qiáng)大的力量,,足以對抗中子星自身強(qiáng)大的重力,。

但是,即便是強(qiáng)大的中子簡并壓,,也有一個極限,,那就是奧本海默極限。當(dāng)中子星的質(zhì)量來到奧本海默極限時,,也就是大約3個太陽質(zhì)量,,中子簡并壓也無法支撐強(qiáng)大的引力,繼續(xù)向內(nèi)坍縮,,最終坍縮為黑洞,。

雖然白矮星和中子星內(nèi)部物質(zhì)已經(jīng)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(nèi)部的組成結(jié)構(gòu),。白矮星里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(rèn)知范圍,我們無法確定黑洞奇點(diǎn)到底是怎樣一個存在狀態(tài),。

截至目前為止,,包括人造元素在內(nèi),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,,要知道白矮星密度為每立方厘米10噸,而中子星更是達(dá)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,??苹眯≌f《三體》里面的奇異物質(zhì)“水滴”就非常重,密度與中子星相當(dāng),。

那么黑洞奇點(diǎn)呢,?

對于黑洞奇點(diǎn)來講,完全不能用我們的普通思維去衡量了,,遠(yuǎn)不是把中子星內(nèi)部的種子全部壓碎那么簡單了,。因?yàn)闊o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(diǎn)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(zhì)的認(rèn)知范疇了,。

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

而如果能夠借助黑洞奇點(diǎn)了解任何有關(guān)“超時空”的奧秘,很可能會引領(lǐng)人類進(jìn)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。

這也是為什么科學(xué)家們對黑洞如此著迷的原因所在,因?yàn)樗麄儓?jiān)信黑洞奇點(diǎn)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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