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把一立方厘米的中子星物質(zhì)放在地球上,會(huì)直接穿過地球嗎?

 宇宙時(shí)空探索 2024-07-10 發(fā)布于遼寧

中子星,大家應(yīng)該都聽說過,宇宙中很恐怖的天體,恐怖程度僅次于黑洞。

與黑洞一樣,中子星的密度和質(zhì)量都特別大,每立方厘米中子星物質(zhì)就可以達(dá)到上億噸!之所以我們不研究更恐怖的黑洞,是因?yàn)楹诙吹脑幃惓潭瘸隽宋覀兊恼J(rèn)知范圍,黑洞的密度是無窮大的,因?yàn)楹诙雌鋵?shí)就是體積無窮小的奇點(diǎn),我們很難理解黑洞!

既然中子星的密度這么大,如果我們把一立方厘米的中子星物質(zhì)放到地面上,會(huì)發(fā)生什么呢?地球會(huì)不會(huì)被中子星物質(zhì)直接擊穿呢?

要回答這個(gè)問題,首先我們需要明白中子星有哪些特點(diǎn),還有它到底是如何形成的。

與白矮星和黑洞一樣,中子星都是恒星死亡后的產(chǎn)物,死亡之后殘留下來的致密內(nèi)核。從這點(diǎn)上來講,中子星其實(shí)就相當(dāng)于恒星的“墳?zāi)埂薄?/p>

那么,什么樣的恒星死亡之后能演化為中子星呢?

主要取決于恒星的質(zhì)量。拿我們的太陽來講,太陽質(zhì)量占了整個(gè)太陽系質(zhì)量的99.86%,擁有絕對(duì)統(tǒng)治力。

但是在一旦來到更浩瀚的宇宙,太陽也顯得很小,我們的太陽只是一個(gè)黃矮星,宇宙中還存在很多比太陽更大的恒星。

質(zhì)量更大,意味著引力也會(huì)更大,如果沒有任何其他力量與強(qiáng)大的引力抗衡,最終所有恒星物質(zhì)都會(huì)被擠壓成體積很小的球體。

而與恒星自身引力相抗衡的力量就是來自核聚變,強(qiáng)大的引力會(huì)讓恒星核心溫度壓強(qiáng)急劇升高,在弱相互作用和量子隧穿效應(yīng)的共同作用下,引發(fā)了核聚變,核聚變與引力兩種力量達(dá)到完美平衡,就會(huì)讓恒星持續(xù)燃燒下去。

當(dāng)恒星內(nèi)部的氫燃料耗盡之后,氦會(huì)繼續(xù)發(fā)生聚變,生成更重的元素比如說碳和氧,一直到鐵元素。

由于鐵是宇宙中最穩(wěn)定的元素,它的比結(jié)合能最大,也就是說要把鐵核分開所需要的能量最大,所以鐵元素繼續(xù)聚變的話不但不會(huì)釋放能量,反而需要吸收能量才行。

這意味著要想讓鐵元素繼續(xù)聚變下去需要巨大的能量才可以,恒星是提供不了這么巨大的能量的。需要比恒星更猛烈的爆發(fā)才能提供這么多的能量,比如說超新星爆發(fā)。

超新星爆發(fā)是大質(zhì)量恒星死亡之后的猛烈爆發(fā),通常需要8倍太陽質(zhì)量的恒星才能引發(fā)超新星爆發(fā)。超新星爆發(fā)瞬間產(chǎn)生的能量超乎想象,短短幾秒鐘釋放的能量就超過了太陽一生釋放的能量總和。

超新星爆發(fā)之后,會(huì)留下一個(gè)致密內(nèi)核,如果內(nèi)核質(zhì)量大于1.44倍太陽質(zhì)量,就會(huì)在引力作用下坍縮為中子星。如果大于3倍太陽質(zhì)量,就會(huì)坍縮為黑洞。

之所以中子星不會(huì)一直向內(nèi)坍縮,是因?yàn)樽陨懋a(chǎn)生了的引力與中子星內(nèi)部的中子簡(jiǎn)并壓達(dá)到了平衡,所以中子星不會(huì)像黑洞那樣坍縮為無限小的奇點(diǎn)。

何為中子簡(jiǎn)并壓?

按照泡利不相容原理,兩個(gè)或兩個(gè)以上的費(fèi)米子不能處于相同的量子態(tài),如果讓它們強(qiáng)行處于相同的量子態(tài),費(fèi)米子之間就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的排斥力,這種排斥力就是簡(jiǎn)并壓,表現(xiàn)在中子星上就是中子簡(jiǎn)并壓。

中子星完全是由中子組成的,中子屬于費(fèi)米子,所以它們之間會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的中子簡(jiǎn)并壓,足以對(duì)抗中子星自身產(chǎn)生的引力,不讓其繼續(xù)向內(nèi)坍縮。

而黑洞之所以會(huì)坍縮為體積無窮小的奇點(diǎn),是因?yàn)橹凶雍?jiǎn)并壓也無法對(duì)抗強(qiáng)大的引力,最終不得不向內(nèi)坍縮為無窮小的奇點(diǎn)。

中子星密度非常大,每立方厘米都可以達(dá)到上億噸以上。如果有一顆中子星靠近地球,那絕對(duì)是災(zāi)難性的,地球會(huì)瞬間被毀滅。

不過把一立方厘米中子星物質(zhì)放在地球上,那就是另一回事了。結(jié)果就是“什么都不會(huì)發(fā)生”,不但不會(huì)把地球毀滅,你甚至意識(shí)不到任何異常情況。

原因很簡(jiǎn)單,剛剛說了,中子星之所以能夠存在,就是因?yàn)閮煞N力量的平衡,自身的強(qiáng)大引力和中子簡(jiǎn)并壓的平衡。

即便是中子星的密度再大,一立方厘米中子星物質(zhì)的質(zhì)量也遠(yuǎn)比地球質(zhì)量小很多,這么小的質(zhì)量產(chǎn)生的引力根本不足以對(duì)抗強(qiáng)大的中子簡(jiǎn)并壓,意味著中子星物質(zhì)會(huì)瞬間“蒸發(fā)”,根本不會(huì)表現(xiàn)出中子星的任何特性。

除非我們用一種額外的力量把一立方厘米中子星物質(zhì)固定住,否則中子星物質(zhì)會(huì)立刻變得很松散,最終成為普通物質(zhì),根本不可能穿透地球。

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