比鋼硬100億倍,宇宙中的「最硬」物質!此「硬菜」來自中子星

漫酱~ 2023/01/24 檢舉 我要評論

世界上最堅硬的物質是什麼呢?是石墨烯?金剛石?還是魯伯特之淚?科學家告訴你,地球上發現最硬的物質名叫碳炔,它是利用雙鍵或者交替存在的單鍵和三鍵鏈接的碳原子構成的,這種材料比金剛石還要堅硬40倍。

但物質的極限遠遠不止于此,放眼太空之中,世界上最硬的物質竟然是還是中子星的核意面。

硬度

硬度是什麼?在物理學上,硬度被稱為是局部抵抗硬物壓入的能力,這種指標的衡量比我們想象中還要復雜,它包括了材料的強度、韌性、彈性等多方面的考量。

考量的方法有三種,根據定義就能延伸出一種測試方法:壓入硬度。讓一個承受力一定荷載量的鉆頭壓入物體之中,根據物體的變形情況來判斷物體的硬度。

劃痕硬度是利用一根由軟到硬逐漸過渡的棒子,讓物體沿著棒劃過,硬度越大,物體留下的劃痕也就越長。

回跳硬度是利用一種特別的小錘,以一定的高度自由落體而下,對物體產生沖擊,然后根據錘子的回跳高度來判斷物體的硬度。

根據不同的測定方法,也有不同的硬度指標相對應,比如布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度等。

這些方法對于地球上的大部分材料都足夠用了,但是對于天體的硬度來說,只能依靠其與密度和質量的關系進行推測,那麼我們所說的中子星的核意面究竟有硬呢?

中子星

中子星是什麼呢?這是恒星演變到末期的一種過渡狀態。

一般恒星的生命歷程分為兩種,中小型的恒星在體內的核聚變結束之后,會不斷發生坍縮,變成一個火熱的紅巨星,最后形成一顆白矮星,而質量較大的恒星則會演化成紅超巨星,最后探索成為一顆中子星。

至于它會坍縮成紅巨星還是紅超巨星,天文學上給出的界定之,質量在八個太陽以上,就被認定為是大型恒星,具有成為黑洞的可能性。

中子星介于白矮星和黑洞之間,算是恒星消亡的最后時刻,此時的他沒有青壯年之后的宏大熾熱,因為引力的原因被壓縮了數十上百倍,內部的密度極大。

僅僅是一顆方糖的大小就能達到一億噸的重量,乒乓球大小的中子星就等同于了一座山的重量,而普遍的中子星大概直徑也只有十公里左右,質量卻是太陽的一到兩倍。

可以說,除了致密天體黑洞之外,中子星就是密度最大的天體了。

中子星的結構也十分直白,全都寫在了名字上,是一顆全部由中子構成的天體。那麼中子是什麼呢?

中子

這是原子中的組成成員之一,另外還有質子和電子共同生活在其中。

質子與電子相生相克,一個是帶著正電荷,且擁有一定質量的結構,另一個是帶著負電荷質量小到幾乎可以忽略的結構,它生活在原子核的外部,在軌道上做著自己的運動。

狹小的原子核是相依為命的質子和中子抱成一團,質子與外面的電子形成制衡關系,保持原子性質的穩定,中子并不擁有電荷性質,但是擁有與質子相似的質量。

中子星的形成是在不斷地天體坍縮過程中,跳躍的質子和電子在不斷的爆炸中被甩到原子外部,它們結合形成了類似于不帶電荷的中子。

而原來原子核中還有大量的中子,這些中子因為引力被凝聚組成在一起,形成了這樣的中子星。

中子的發現十分偶然,它是在1932年,由劍橋大學的卡文迪許在一場實驗中意外發現的,還因此獲得了三年后的諾貝爾物理學獎。

那時候并沒有人能夠聯想到,中子也能形成一種行星,直到1934年來自威爾遜天文台的一篇文章預言了中子星的存在。

我們可以想象一下,原子雖小,但是其內部還擁有著極其寬廣的壓縮空間,要知道,原子核僅僅只占據了很小的一部分,只是說這種壓縮的環境得在非常極端的情況下才能做到,這對于當代人來說覺得匪夷所思也很正常。

那麼話又說回來了,中子星的核意面究竟有多麼堅硬?

核意面

中子星因為被壓縮成了一個致密的天體,導致其引力也是大的嚇人,根據中子星的模擬結構來看,中子星就像是一個意大利面團一樣,中子和質子的集合形成了一個緊致的內核。

它們沒有很固定的形狀,因為少了電子的相互約束,質子的行動很是自由。隨著壓力的不斷增大,核的形狀就像是意大利面一樣,又因其硬度極大,難怪被取名為核意面。

而站在微觀的角度上,中子星的壓縮已經完全涉及到了原子的層面,相比較于碳炔,在硬度上的確是具有壓倒性的勝利的。

與鋼的硬度相比,它的硬度足足強出了一百億倍,在這種情況下,估計除非是內部的引力突然消失了,不然誰也沒有辦法將這物質切下一塊來。

但是隨著引力的消失,其中的中子沒有中子星的加持,自己還會發生衰變,釋放出反中微子,變成一顆質子。

核意面這種概念聽上去實在是有些太過遙遠了,其模型至今也都是人類通過理論模擬出來的,畢竟這種物質到達這種地步已經是十分危險了。但是換個角度想想,他沒有黑洞那麼可怕,我們或許可以利用它的巨大質量,將空間扭曲,未來的蟲洞穿越可能也會變成現實。

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