发布时间:2022-12-13 23:05:24来源:网络整理浏览:83
构成世界上一切事物的原子内部空空如也。例如,处于基态(最低能级)的氢原子的半径约为 0.528 x 10^-10 米。在这个氢原子中,只有一个半径约为0.833 x 10^-15米的原子核和一个半径小于10^-16米的电子。
按照这个比例,如果我们把它的原子核放大到足球那么大,那么氢原子就会被放大成一个半径约7公里的球体,而电子则大约是一个玻璃弹珠那么大。看到原子内部如此空旷,相信大家在表示惊讶之后,很快就会产生一个问题:如果我们用力挤压一团物质,将原子中的空间全部挤干,会得到什么?
当然,我们只是随便想想。毕竟原子不是那么容易捏的,但宇宙中确实存在这么致密的天体——中子星。
中子星的密度是多少?
据科学家估计,中子星的密度是每立方厘米10^14克到10^15克,也就是说,中子星每立方厘米至少有1亿吨,或者可以说密度中子星的体积是上面水的 100 万亿倍。
既然中子星的密度如此惊人,那么它的表面引力又将有多么可怕呢?
对于行星的表面重力,我们可以用重力加速度(g)来衡量。这里有一个简单的公式:g=GM/R^2,其中G是万有引力常数,M是行星的质量,R是行星的半径。
中子星的质量通常在太阳质量的1.44倍到3倍之间(后面会解释原因),这里不妨取太阳质量的1.5倍,根据根据天文学家的观测,已知一颗中子星的质量半径通常在10公里到20公里之间,这里我们不妨取15公里的数值。
有了这些数据,再加上太阳的已知质量为1.9891 x 10^30kg重力弹球,引力常数为6.67 x 10^(-11)(单位为Nm^2/kg^2),这些数据代入上面的公式,我们就可以计算出中子星的表面重力加速度约为0.67(单位为m/s^2)。
重力可以用公式G=mg来计算,其中m代表物体的质量,g代表重力加速度。要知道我们地球表面的重力加速度只有9.8(单位是m/s^2),也就是说,同样质量的物体,它在中子星表面所受的引力将相当于地球表面的约900亿倍。这有多可怕?
这么说吧,我们知道胡夫金字塔大约有684万吨,如果一个70公斤重的人站在中子星表面,那么他所承受的重力相当于他在地球上的时候,有约924吨。整个胡夫金字塔的全部重量都压在了他身上。
事实上重力弹球,在如此恐怖的引力环境下,地球上的所有物体都会被碾压成碎片,连原子都不能幸免。那么宇宙中的中子星是怎么来的呢?让我们继续。
中子星是如何形成的?
引力虽然是四种基本力中最弱的一种,但由于引力是远程力,不存在“反引力”,引力可以无限叠加,意味着物质大量积累,引力会变得很恐怖,而中子星其实是引力的杰作,
我们知道,恒星其实就是宇宙中凝聚的一大团物质。原始恒星在形成过程中,它的体积会因为自身的引力而不断缩小,就像一只无形的大手在不断地“捏”着一样。
当原恒星体积收缩到一定程度时,其核心中的轻原子核会因高温高压发生核聚变,从而释放出大量能量。这种能量在让恒星发光发热的同时,也阻碍了恒星的进一步前进。契约,就这样,一颗璀璨的星辰诞生了。
然而,恒星的“核燃料”总有一天会耗尽。当它们“没油没灯”的时候,它们的内部就会失去支撑,于是引力就会不断地“掐”住星星。看看恒星的质量。
如果恒星质量小,恒星核心物质中的电子形成的“电子简并压力”可以抵抗引力,因此恒星核心会演化成白矮星。
如果恒星的质量更大,其核心质量超过“钱德拉塞卡极限”(约为太阳质量的1.44倍),那么“电子简并压力”就无法承受引力。
在这种情况下,恒星核心物质的电子在引力作用下“收缩”到原子核中,并与其中的质子结合形成中子。形成更强大的“中子简并压力”。如果这能与恒星自身的引力抗衡,恒星的核心就会演化成一颗中子星。
而如果一颗恒星的质量非常大,它的核心质量超过了“奥本海默极限”(注:这个数值还没有确定,通常取太阳质量的3倍),引力连接就产生了被它“连亚简并压都抵挡不住”,那么这颗恒星的核心就会被引力无限压缩,进而演化成已知宇宙中最强大的天体——黑洞。
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