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把一立方厘米的中子星物質放在地球上,會直接穿過地球嗎?
2023/04/24

中子星,大家應該都聽說過,宇宙中很恐怖的天體,恐怖程度僅次于黑洞。

與黑洞一樣,中子星的密度和質量都特別大,每立方厘米中子星物質就可以達到上億噸!之所以我們不研究更恐怖的黑洞,是因為黑洞的詭異程度超出了我們的認知范圍,黑洞的密度是無窮大的,因為黑洞其實就是體積無窮小的奇點,我們很難理解黑洞!

既然中子星的密度這麼大,如果我們把一立方厘米的中子星物質放到地面上,會發生什麼呢?地球會不會被中子星物質直接擊穿呢?

要回答這個問題,首先我們需要明白中子星有哪些特點,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物,死亡之后殘留下來的致密內核。從這點上來講,中子星其實就相當于恒星的「墳墓」。

那麼,什麼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量。拿我們的太陽來講,太陽質量占了整個太陽系質量的99.86%,擁有絕對統治力。

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黃矮星,宇宙中還存在很多比太陽更大的恒星。

質量更大,意味著引力也會更大,如果沒有任何其他力量與強大的引力抗衡,最終所有恒星物質都會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,強大的引力會讓恒星核心溫度壓強急劇升高,在弱相互作用和量子隧穿效應的共同作用下,引發了核聚變,核聚變與引力兩種力量達到完美平衡,就會讓恒星持續燃燒下去。

當恒星內部的氫燃料耗盡之后,氦會繼續發生聚變,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定的元素,它的比結合能最大,也就是說要把鐵核分開所需要的能量最大,所以鐵元素繼續聚變的話不但不會釋放能量,反而需要吸收能量才行。

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

超新星爆發是大質量恒星死亡之后的猛烈爆發,通常需要8倍太陽質量的恒星才能引發超新星爆發。 超新星爆發瞬間產生的能量超乎想象,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。

超新星爆發之后,會留下一個致密內核,如果內核質量大于1.44倍太陽質量,就會在引力作用下坍縮為中子星。如果大于3倍太陽質量,就會坍縮為黑洞。

之所以中子星不會一直向內坍縮,是因為自身產生了的引力與中子星內部的中子簡并壓達到了平衡,所以中子星不會像黑洞那樣坍縮為無限小的奇點。

何為中子簡并壓?

按照泡利不相容原理,兩個或兩個以上的費米子不能處于相同的量子態,如果讓它們強行處于相同的量子態,費米子之間就會產生強大的排斥力,這種排斥力就是簡并壓,表現在中子星上就是中子簡并壓。

中子星完全是由中子組成的,中子屬于費米子,所以它們之間會產生強大的中子簡并壓,足以對抗中子星自身產生的引力,不讓其繼續向內坍縮。

而黑洞之所以會坍縮為體積無窮小的奇點,是因為中子簡并壓也無法對抗強大的引力,最終不得不向內坍縮為無窮小的奇點。

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

不過把一立方厘米中子星物質放在地球上,那就是另一回事了。 結果就是「什麼都不會發生」,不但不會把地球毀滅,你甚至意識不到任何異常情況。

原因很簡單,剛剛說了,中子星之所以能夠存在,就是因為兩種力量的平衡,自身的強大引力和中子簡并壓的平衡。

即便是中子星的密度再大,一立方厘米中子星物質的質量也遠比地球質量小很多,這麼小的質量產生的引力根本不足以對抗強大的中子簡并壓,意味著中子星物質會瞬間「蒸發」,根本不會表現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固定住,否則中子星物質會立刻變得很松散,最終成為普通物質,根本不可能穿透地球。

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