質子 中子星密度極大，一立方厘米上億噸，這是什么概念？
在一些極端條件下，物質的性質會發(fā)生翻天覆地的變化，比如密度。一大坨棉花經(jīng)過擠壓，能夠裝在一個很小的盒子中；空氣經(jīng)過壓縮后，體積也會變得很小。當壓力足夠大，物質被擠壓的非常厲害，密度也會變得超級的高，遠超你的想象。在宇宙中有一類密度極大的星體——中子星，它是恒星死亡后的殘骸。而高速旋轉的中子星又被稱作脈沖星。中子星的質量一般介于1.5～3倍太陽質量之間，半徑則在10～20千米之間，表面溫度大約為1000萬℃。
文章插圖
中子星上一立方厘米的物質，質量高達1億噸以上，甚至10億噸。中子星是目前已知密度僅次于黑洞的天體。在宇宙中，密度比中子星更次一點的天體叫做白矮星。在常溫常壓下，水的密度為1克每立方厘米，而中子星的密度是水的密度的100萬億倍。地球的平均半徑為6371公里，如果將地球壓成中子星，那么地球的半徑將變?yōu)?2米。像太陽這么大的天體，壓縮到這種密度，半徑也只有10公里左右。
文章插圖
一立方厘米有多大？就是長寬高各一厘米的方塊糖般大小。1億噸，很多人對這個大小沒什么概念。以世界上現(xiàn)役最大的航空母艦——美國尼米茲號航空母艦，它的滿載重量是10萬噸，1億噸大約相當于1000艘尼米茲號航母的滿載重量。由于密度極大，大量的質量聚集在非常有限的空間內(nèi)，中子星表面的引力場極其強大。表面的逃逸速度高達10萬～15萬千米每秒，如果從中子星表面發(fā)射火箭，速度必須要大于光速的1/3～1/2。然而，任何物體掉到中子星表面都會被撕碎。如此強大的引力，使得從中子星附近經(jīng)過的光都要沿拋物線軌跡運動。
文章插圖
要形成如此強大的密度，必須要有非常強大的壓力。中子星是恒星死亡后的產(chǎn)物，恒星在死亡時會發(fā)生極其猛烈的大爆炸，余下物質的質量大于1.5倍太陽質量（這個臨界質量被稱作錢德拉塞卡極限）、小于3倍太陽質量（奧本海默極限）時，會坍縮成中子星。一般質量在太陽質量8~20倍的恒星，最終都會演變成中子星。中子星的密度實際上就是原子核的密度，你甚至可以把中子星看成一個巨大的原子核。一般而言，原子就是物質的基本組成單元，地球上的萬物就是由不同種類的原子（或者說元素）構成的。原子又由原子核和核外電子構成，原子核則由質子和中子構成。中子和質子都是由夸克構成的，它們可以互相轉化。
文章插圖
原子核帶正電，電子帶負電，電子之所以沒有掉進原子核，就是由于存在電子簡并壓，這是由泡利不相容原理產(chǎn)生的。
文章插圖
只要壓力夠，任何物質都可以被壓縮。當壓力足夠大，超過電子簡并壓時，核外電子就會被擠進原子核內(nèi)，與核內(nèi)的質子結合形成中子，從而形成一種全新的物態(tài)——中子態(tài)。如果繼續(xù)施壓，中子簡并壓也抵抗不了，就會形成黑洞。
文章插圖
中子星上的物質大部分都是由中子構成的。在這種極端條件下，已經(jīng)沒有化學元素的概念了，因為原子已經(jīng)不存在了。而在白矮星上，物質還是以原子狀態(tài)存在的，只是原子間的距離已經(jīng)被壓縮得不能再小了。將1億噸的物質塞到一立方厘米的空間內(nèi)，很多人覺得不可思議，那是因為你不了解原子內(nèi)部究竟有多空曠。原子內(nèi)部99%的空間都是“空”的，然而小小的原子核竟占原子質量的99%。如果原子有足球場般大，原子核就只相當于足球場上的一只螞蟻，電子就更小了，并且以概率云形式分布在原子核周圍。
文章插圖
關注我，獲取更多精彩內(nèi)容。
推薦閱讀
- 黑洞 白矮星、中子星、黑洞，并非恒星最終結局它們還將各自演變！
- 火箭 長三乙火箭送風云四號02星升空 金牌火箭開啟新一輪高密度發(fā)射
- 火箭 轉起祝賀！金牌火箭開啟全年高密度發(fā)射
- 天文學家 每秒轉動401次的中子星，距離地球11000光年，它在瘋狂吞噬恒星
- 中子星 中子星無法成為黑洞，為何卻擁有黑洞的能力摧毀力難以想象
- 中子星 對宇宙中低聲“嗡嗡”響的神秘中子星，科學家有了新的見解
- 引力場 愛因斯坦的預言又對了一次，遙遠的中子星提供了強有力的證據(jù)
- 大氣密度 如果無人機起飛困難，那么在火星上釋放氫氣球，能飛起來嗎？
- 自由大學 質子內(nèi)部存在量子糾纏？為什么夸克不會單獨出現(xiàn)？
- 測量 質子到底有多大? 新的半徑測量來了