中子星,這宇宙裏的超級緊湊天體,你猜猜它的密度有多大?就算咱們往小了算,一立方米裏頭也有足足100萬億噸重呢!這數碼,簡直讓人瞠目結舌。可話說回來,中子星咋就這麽密實呢?咱們不妨換個角度,瞅瞅原子裏頭有多「空蕩」。
就拿氫原子來說吧,它是宇宙裏頭最簡單的原子,裏面只有一個電子。它的原子核說白了就是一個質子。一個處在最穩定狀態的氫原子,它的半徑差不多是0.528乘以10的負10次方米。而質子的半徑呢,大概是0.84乘以10的負15次方米。至於電子的半徑,咱們現在還沒個準數,但可以肯定的是,電子的半徑大小肯定小於10的負18次方米這個級別。
簡單來說,氫原子的整個大小差不多是它原子核的62857倍大。想象一下,要是把氫原子的原子核變得跟一個足球一樣大,那整個氫原子放大後,它的半徑就得有大約7公裏那麽長。至於電子嘛,它就像是一粒半徑只有0.1毫米的微小塵埃。
沒錯,原子裏頭其實空蕩蕩的。咱們地球上的東西,原子之間並不是擠得滿滿當當的。就拿固體來說吧,裏面的原子平均距離大概在十億分之一到百億分之一米之間。要是液體和氣體,那原子之間的距離比固體還要大。想象一下,要是我們把地球上所有物質的原子間距,還有原子裏面的空隙都擠掉,那地球的半徑就只剩大約11米了。這時候的地球密度,跟中子星有得一拼。
說白了,中子星密度那麽大,就是因為它裏面的物質被壓得特別緊。那你可能會問,為啥宇宙裏會有這麽緊實的星球呢?原因就在於重力塌縮。
重力嘛,它能拉得很遠,而且只有「拉」的勁兒,沒有「推」的勁兒,所以重力能一直加在一起,變得更強。說到宇宙裏的那些星球,它們靠重力把周圍的東西都往自己那兒拽,結果這重力還搞得它們自己開始往裏縮,就像被自己的重力拽進去了一樣。
一個星球要想穩穩當當地存在著,它裏面得有些能防止被自身重力壓垮的本事。說起來,有個很關鍵的數碼,就是「太陽質素的8%」。要是星球比這輕,那它裏面的物質靠電磁力就能互相拉著,不讓重力把它壓垮。可要是星球比這重或者一樣重,那電磁力就不夠使了,擋不住重力了。
說白了,宇宙裏頭的星星,質素都至少得有太陽質素的8%。它們靠著中心那塊地方的核聚變,才能撐著不往裏塌。但話說回來,星星裏的「核燃料」也不是無窮無盡的,等燒完了,星星就擋不住要繼續往裏縮了。
對於那些不太重的恒星,它們的中心會靠電子間的「簡並力」來對抗重力的拉扯,最後慢慢變成一顆白矮星。
說起來「簡並壓力」,其實就是這麽個事兒:就像有些小小的粒子,它們可不願意讓別的跟自己一樣的粒子擠進來占地方,所以就會互相推搡,產生一股排斥的力量。
可要是恒星的質素特別大,電子間的「簡並壓力」就擋不住重力讓它塌縮了。這時候,恒星中心會繼續往裏縮,壓力巨大到讓電子都擠進原子核,跟質子合成了中子。這些新產生的中子加上原子核裏原來的中子,都會擠得緊緊的,形成「中子簡並壓」。
一般來說,恒星到了這個階段,就會來個超級厲害的超新星大爆炸。爆炸過後,要是剩下的核心能靠「中子簡並壓」頂住重力,不讓它繼續往裏縮,那它就會變成一個超級緊實的星球。這種星球上,所有的小粒子都擠得滿滿的,密度特別大,一立方米裏能有100萬億噸那麽重。因為這種星球裏大多數都是中子,所以我們就叫它中子星。
有人可能會好奇,要是恒星超新星爆發後,剩下的核心重得連「中子簡並壓力」都擋不住重力,讓它繼續往裏塌,那接下來會發生啥呢?
其實有這樣的情況,按照現代物理學的說法,中子是由誇克拼起來的,誇克之間也有種「擠壓力」。所以,咱們可以這麽想,要是「中子擠壓力」擋不住重力讓東西往裏塌,那中子就會被「擠破」,然後就得靠「誇克擠壓力」來繼續頂著,不讓重力繼續塌下去。
要是「誇克簡並壓」能頂住重力讓恒星不塌,那恒星剩下的核心就會變成一種比中子星還緊實的星球,咱們可以叫它誇克星。
要是擋不住的話,現代物理學裏就沒招兒能攔住重力崩塌了。這樣一來,恒星剩下的那點核心,就會因為重力崩塌停不下來,變得特別小、密度特別大,成了一個「奇異點」。這「奇異點」能把邊上的時空彎得沒法再彎,形成一個全封閉的時空,最後就變成了宇宙裏最嚇人的東西——黑洞。
說起來挺有意思的,雖然科學家們現在還沒法確定宇宙裏到底有沒有誇克星,但咱們一般都還是這麽想,中子星算是宇宙裏除了黑洞以外,最緊密的天體了。
行啦,今天咱就先聊到這兒,非常感謝大家的和支持,期待下次還能跟大家見面,再見啦!
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