物質的密度有極限嗎?會有比中子星密度更大的物質嗎?

2020-12-04 星辰大海路上的種花家

在現代科學的理論體系下,物質的密度是沒有上限的!在自然界中,水的密度是1克/立方釐米,或者說1噸/立方米,但這有一個溫度條件,因此如果要準確的描述水的密度特性時需要如此定義:1g/cm或者10千克/m(t=4℃),而水銀的密度則高達13.6g/cm,而黃金的密度則是19.26克/cm,自然界中密度之王是金屬鋨,密度達到了22.59克/cm!

一、原子之間的間隙

上圖是孔徑光柵顯微鏡獲取到的原子照片,圖片來自網絡。也許在這個級別下,看起來有些模糊,但事實上原子之間是下圖這樣的!

儘管看起來比較有規律,但能清晰的看到原子之間是存在比較大間隙的,因此這就是地心物質密度遠高於地表物質的原因!地心的鐵鎳質物質受到巨大壓力之後,原子之間的間隙減少,密度增加,達到了15克/cm,這個密度是正常鐵鎳質的2倍左右!

二、原子內部的巨大空間

上圖是原子的量子力學模型,從原子到原子核之間是巨大的空間,甚至原子核只佔微不足道的一部分,因此在特定的條件下,物質的密度可以增加到更高,甚至達到難以想像的程度!而白矮星就是這微觀世界中密度增加道路上得第一位明星!8-10倍太陽質量的恆星在晚期並不會導致超新星爆發,但內核依然在巨大的壓力下坍縮為白矮星,其物質原子中的電子被壓到距離原子核很近的位置,以一種電子簡併壓支撐的狀態!白矮星的密度達到了10噸/cm!

三、原子核內部的世界

當恆星的質量繼續增加,比如小於25-30倍太陽質量的恆星,紅巨星後期的超新星爆發時,內核將處在巨大質量下極度高壓狀態,將電子壓入了原子核和質子中和成了中子,簡單一點說即可電子原子內部的巨大的空間將不復存在,電子也不再存在,整個天體就剩下了中和電荷後的中子,當然中子星並不都是中子組成,它也有著自己的結構!

表層離子和自由電子!厚度為0.3-0.5KM,而往下則是電子、種子和原子核,再往下則是費米種子超流體,在內部還可能是夸克膠子等離子體!中子星的平均密度高達1億~10億噸/cm!

四、夸克的世界?

在中子星的內核我們猜測有一種夸克膠子等離子體的物質,那麼在中子星黑黑洞之間是否存在夸克星呢?當然這僅僅是天文學家預言中的天體,我們無從了解其密度,但有一點很清楚,它的密度明顯是高於中子星的密度上限10億噸/cm的!也許未來我們將證實這種天體是否存在!

五、黑洞地盤?

大於30太陽質量的恆星內核將最終坍縮成黑洞,我們無從計算黑洞的密度,但據說黑洞的密度也不是無窮大,因為在描述黑洞密度時也存在諸多矛盾的結論!但無論哪種定義,它的密度都將超過傳說中的夸克星!也許已經不能密度來形容這種在三維空間中猶如BUG一般存在的天體,或者用空間扭曲程度來形容似乎更合適一些!

到了黑洞我們再無無法就密度問題前進一步,黑洞已經將我們能理解的物質密度上限給封死了,還有比黑洞密度更大的物質嗎?

相關焦點

  • 宇宙中有比黑洞密度更大的物質嗎?
    這個世界已經沒有比黑洞密度更大的物質了。當然黑洞的密度主要集中在其中心奇點上。那個奇點已經不是我們這個世界的物質,而是一個超越了我們四維時空的超時空狀態,被認為體積無限小。既然這個體積無限小,也就是不知道有多小。
  • 物質越多則密度越大,密度有極限嗎?黑洞密度是不是無窮大?
    因為棉花和鐵的密度不同。相同的空間之內,物質總量越多,那麼密度就越大,鐵的密度比棉花高,所以相同體積的情況下,鐵就會比棉花重。任何一個物體,我們只要得知它的體積和質量,然後用質量除以體積,就得出了密度。那麼密度有沒有極限呢?
  • 宇宙中的物質密度存在極限嗎?中子星密度高達10億噸每立方釐米!
    現有理論之下,密度是沒有極限的。密度公式為ρ=m/v,表示單位體積內包含的物質質量;比如在標況下,空氣密度為0.001293克/立方釐米,水的密度為1克/立方釐米,鐵的密度為7.9克/立方釐米。金屬鋨地球上密度最大的物質是金屬鋨 ,密度高達22.6克/立方釐米。
  • 是否有比黑洞密度更大的物質?科學家說還真有
    比黑洞密度更大的物質是什麼?要回答這個問題,我們需要清楚黑洞是什麼?是天體嗎?不,不是的。很多人並不真正理解什麼是黑洞,所以我先澄清這個問題,才能繼續說黑洞密度的問題,那麼此刻問題就變成了兩個問題:(1)比奇點密度更大的物質是什麼?(2)比扭曲的時空+奇點更大的物質是什麼?
  • 物質的密度能達到什麼程度?
    物質密度的極致是什麼?元素周期表的最後一個,「鋨」的密度是地球物質中最大的,每立方釐米22.59克。如果說鋨的密度就是物質密度最大的一個,那就大錯特錯了。地球是一個溫和的行星,沒有狂暴的環境,物質也是溫和的。白矮星的內部主要是由碳元素構成,然而它的密度卻非常大,一立方釐米能有一萬噸。這是地球上的我們很難理解的,碳的密度能有這麼誇張嗎?
  • 中子星1立方釐米重達10億噸,這種極端密度物質怎麼來的?
    人們對中子星物質充滿了好奇,科學家們說,上面的物質密度達到1立方釐米1億~20億噸,這是真的嗎?如果是真的,它是怎麼做到的呢?根據現有量子物理理論,原來它是這樣做到的。簡單點說,壓縮,使勁壓,壓縮到極致,就是中子星物質了。
  • 中子星1立方釐米密度達10億噸,這種極端超重物質怎麼來的?
    人們對中子星物質充滿了好奇,科學家們說,上面的物質密度達到1立方釐米1億~20億噸,這是真的嗎?如果是真的,它是怎麼做到的呢?根據現有量子物理理論,原來它是這樣做到的。把一個地球這麼大的東西,壓到只有幾公分大,就基本成為中子星密度了;如果再壓,壓到只有9毫米直徑的一個球,任何物質就無法形成物質了,無限墜落到中心奇點上,就成為黑洞了。在人世間,是無法製造出這麼大的壓力的,只有巨大恆星爆炸,核心物質被極端壓力壓縮,才能夠成為中子星。
  • 中子星上全是中子嗎?在中子星內部,物質可能以另一種形式存在
    恆星內部的氫核聚變使得恆星可以發光發熱,為漆黑的宇宙空間帶來點點光明,而恆星在氫核聚變的過程中會大量消耗掉星體之中的氫元素,如太陽質量一般大小的恆星每秒鐘都能夠將400萬噸以上的氫元素聚變成為氦元素,對於質量更大的恆星而言,氫元素的消耗速度就更快了。
  • 中子星上全是中子嗎?在中子星內部,物質可能以另一種形式存在
    恆星內部的氫核聚變使得恆星可以發光發熱,為漆黑的宇宙空間帶來點點光明,而恆星在氫核聚變的過程中會大量消耗掉星體之中的氫元素,如太陽質量一般大小的恆星每秒鐘都能夠將400萬噸以上的氫元素聚變成為氦元素,對於質量更大的恆星而言,氫元素的消耗速度就更快了。
  • 中子星密度每立方釐米1~20億噸是怎麼來的通俗演繹
    一個中子星的半徑只有10千米左右,也就是說你在中子星上行走,繞其一圈也就是六七十公裡,最小的中子星半徑只有幾公裡,按人在地球上行走的速度,一天就可以繞行一圈。可中子星的質量有多大呢?根據錢德拉塞卡極限計算,不得小於1.44倍太陽質量,根據奧本海默極限規定,不得超過太陽質量的3倍。
  • 地球物質到了中子星上是什麼狀態,比如水?
    一個中子星的質量必須在太陽質量的1.44倍以上,否則就成不了中子星,這是由於錢德拉塞卡極限決定的。錢德拉塞卡極限認為,當一顆太陽質量8倍以下恆星死亡時,核心會發生重力坍縮,當坍縮到達到一定程度,電子簡併壓力將會阻擋這種坍縮,這樣的天體就是白矮星。
  • 同體積重量不同就反映了物質的密度不同 但密度沒有上限
    有人提出密度有沒有極限這個話題,我們大家來討論一下。時空通訊認為密度無極限,奇點就是密度無限大,就是說這個奇點中密度是無限的。目前科學猜想的奇點有兩種,一種是宇宙大爆炸前的奇點,一種是黑洞中心的奇點。這兩種奇點的共性就是體積無限小,密度無限大,時空曲率無限大。
  • 你對中子星到底有多了解?關於密度、旋轉、磁性的基礎數據
    中子星作為大質量恆星隕落後的核心,代表了一種極限的簡併物質,我們到底對它知道多少呢?中子星的結構中子星是中子簡併力與天體重力平衡後的產物。正如一顆白矮星的質量不能超過1.44倍太陽質量,中子星也應有一個類似的極限質量。雖然大多以3.2倍太陽質量作為中子星上限(奧本海默極限),但由於有關密度的物態方程還不確定,所以中子星的質量上限實際上並不確定。
  • 黑洞的密度有多大?可能比空氣的密度還要低!您GET到了嗎?
    而夸克星則是介於中子星和黑洞之間,理論上存在的一種天體!但從未有實際觀測到過,當然沒有觀測到則並不表示它不存在!它的密度高於中子星,但小於史瓦希半徑內的黑洞,因為天體一旦坍縮到史瓦希半徑以下,那麼它將無可避免的坍縮成黑洞!假如存在夸克星的話,它的密度必定是小於黑洞的!
  • 中子星密度極大,一立方釐米上億噸,這是什麼概念?
    一大坨棉花經過擠壓,能夠裝在一個很小的盒子中;空氣經過壓縮後,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,遠超你的想像。  在宇宙中有一類密度極大的星體——中子星,它是恆星死亡後的殘骸。而高速旋轉的中子星又被稱作脈衝星。中子星的質量一般介於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℃。
  • 為啥會有中子星,它有多可怕,指甲蓋大一塊按地球密度有多大?
    常有人對中子星物質密度沒有一個直觀了解,因此抱著質疑的態度。今天我們就來通過剖析一下一塊指甲蓋大的中子星物質,按地球物質密度看看有多大,並根據這條線索,讓各位對中子星的來歷有一個較為清晰的了解。所謂指甲蓋大,就定義為1立方釐米。我們通過密度換算就知道了,這只是一個簡單的數學題。
  • 白矮星中子星物質已經不能用元素解釋,那麼黑洞裡面還有物質嗎?
    本文完全是借題發揮,基於網友提出這樣一個問題:黑洞的密度無限大,那麼黑洞會是什么元素組成的?塌縮的鐵會形成新元素嗎?其實這個問題表述不是很準確。黑洞密度無限大只是指黑洞中心的奇點。現在人們認識黑洞一般把黑洞史瓦西半徑包括在內。
  • 比黃金密度還大的金屬,你知道是什麼嗎?
    密度最大的金屬是什麼呢?在地球上自然存在著常溫常壓下密度最大的金屬;也有我們人造的金屬物質,密度更大;此外宇宙中還有超常溫、超高壓下的物質,密度高的驚人。當然這些物質裡有可能不是金屬,是另一種特殊存在。那什麼是金屬呢?
  • 黑洞的密度有極限嗎?如果有會是多少?
    黑洞的密度沒有極限,因為黑洞奇點的密度是無限大,所以通常我們說黑洞密度都是指黑洞視界的密度!計算方法所謂黑洞視界這裡我就不做過多闡述了。我們知道越大型的黑洞其視界也越大,所以用視界來計算黑洞密度,得到的結果就會很小。如果要算黑洞視界的密度,那麼我們必須首先知道視界的半徑!這裡我們採用經典力學的方法就可以,我們都知道不管什麼天體都會有一個逃逸速度,所以視界的逃逸速度就是光速!我們假設一個物體的初速度是光速!
  • 天狼星一立方釐米物質重百斤,科學家:還存在密度更大的物質
    宇宙中,有很多極端的物質存在,大家最孰知的可能就是黑洞了吧。但是,有一顆比黑洞還要神奇的恆星,它就是現目前人類已知的密度最大的恆星,神秘的天狼星B星。這顆恆星之所以很晚才被人們發現,一個重要的原因就是它作為一顆恆星,相比於它的同伴,它體積太小了,而且所發光線也十分微弱。