为啥会有中子星,它有多可怕,指甲盖大一块按地球密度有多大( 二 )

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在物质内部更深层次,每一个层次都会自动抵御某种压力,这种抵御压力的原理是量子力学的奠基人之一,美国物理学家沃尔夫冈·泡利发现的,因此人们把它定名为“泡利不相容原理”。这个原理认为,微观层面费米子(电子、中子、质子等一类粒子)组成的系统中,不能有两个或两个以上的粒子处于完全相同的状态,也就是说两个粒子不能占据空间中的同一个位置。通俗的说,就是这些天生不愿靠在一起,一定要保持距离,这样就形成了相互之间你推我搡的排斥力,这种排斥力到了越深层次的粒子就越大,能够抵御的压力也相应越大。巨大恒星中心压力极大,超新星大爆发导致的压力就更高了,这样中心物质就会在不同压强下形成不同层次的致密天体。
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电子简并压和中子简并压造就了白矮星和中子星。首先,中子星的质量介于1.44~3个太阳质量之间,小了没到达钱德拉塞卡极限,也就是1.44个太阳质量,重力就达不到压缩临界点,就只能保持白矮星的电子简并态物质。电子简并态物质也是在重力极大条件下,物质的原子被压瘪了,不过还没有碎,只是外层电子成为游离电子,而原子核还保持完整的躺在电子海洋中。这就是白矮星,白矮星依靠电子之间排斥力形成的简并压支撑着重力压。太阳以及8倍太阳质量以下的恒星,演化后期外壳物质会消散在太空,中心留下一个质量在太阳1.44倍以下的白矮星,体积约地球大小,密度达到1~10吨/cm^3。当白矮星通过吸积,或者超新星大爆发后核心残留的致密物质达到1.44个太阳质量以上时,电子简并压就再也无力支撑巨大的重力压力,星球物质只有进一步坍缩。这样原子就完全崩溃了,带负电荷的电子被压进了原子核,与带正电的质子中和成为了中子,加上原子核中原来的中子,整个星球就基本上由中子组成,因此叫做中子星。中子星已经完全消除了原子巨大的空间间隙,达到原子核的密度,约10^15kg/cm^3。
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中子星物质是目前人类观测到密度最大物质。中子星就依靠中子简并压支撑极高的重力压,勉强维持着这种极端致密的物质形态。当中子星通过吸积,或者超新星大爆炸核心致密物质质量超过太阳3倍左右时,就到了奥本海默极限,中子简并压就也无法支撑这种压力了。这时,就没有任何力量能够阻止物质的无限塌缩了,中子也被压碎了,我们认知的一切物质形态再也没有了,这个天体就成为一个无限小的奇点,这个奇点的密度已经无限大。虽然这个奇点没有体积,人类无法看到了,但还保有着质量、角动量和电荷等物理量,并在奇点周围形成一个与质量成正比的球状无限曲率空间,这个空间什么也没有,只有引力场。
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这就是黑洞,那个球状空间就是黑洞的史瓦西半径。黑洞奇点已经不是我们可认知的事物,也不是我们世界的物质了。因此中子简并压物质是我们能够认知最极端最致密的物质。有理论认为,宇宙中可能存在着夸克简并态天体,它的密度大于中子星,仅次于黑洞奇点。不过迄今为止并没有发现这种天体。这样中子星在宇宙天体食物链中,依然占据着老二地位。就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。时空通讯原创版权,侵权抄袭是不道德的行为,敬请理解合作。
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