我们都知道,宇宙万物都是由基本的元素组成的,天然元素有90多种,这些元素构成了我们看到的丰富多彩的世界。
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不过,宇宙如此之大,也存在一些让人匪夷所思的天体,比如说中子星还有可怕的黑洞。组成中子星的物质并不是任何元素,中子星完全是由中子组成的,无数个中子被压缩到非常小的体积内,形成了诡异的中子星。
中子星是由大质量恒星在死亡的过程中向内坍缩形成的,具体过程是怎样的呢?
质量不同的恒星,在死亡之后的演化过程也不尽相同,比如说我们的太阳,在死亡之后会坍缩为白矮星,白矮星其实也非常致密,密度可以达到每立方米100万吨,密度已经很高了,这意味着白矮星的组成物质其实已经不能用元素来解释了,白矮星物质并不是由任何元素组成的。
不过,白矮星密度虽然很高,组成白矮星的原子被压缩得很厉害,不过原子外围的电子仍然没有被压缩到原子核上与质子结合,这是因为一种力量的存在:电子简并压。
根据泡利不相容原理,两个或以上的费米子并不能处于同一个量子态,所以电子之间便会形成强大的排斥力,这就是电子简并压。打个比方,就相当于一间房间只能住一个人,如果另一个人也想住进来,里面的人就会极力排斥外面的人,这种排斥力就相当于“电子简并压”。
白矮星就是靠着电子简并压支撑着,保证白矮星物质不会一直向内坍缩。
不经过如果恒星的质量够大,死亡后留下的致密内核质量达到1.4倍太阳质量,也就是 钱德拉塞卡极限, 就连电子简并压也无法对抗自身的强大引力。于是致密内核便开始在自身重力作用下继续向内坍缩。
结果就是,电子被压缩到原子核上与质子结合形成中子,中子星就是这样诞生的。
中子星密度比白矮星要大得多,质量和引力都很大,理论上中子星仍旧可以向内坍缩,不过中子简并压的存在,与中子星自身的引力达到平衡,所以中子星没有继续向内坍缩。
何为中子简并压?也电子简并压类似,中子之间也会因为泡利不相容原理产生巨大排斥力,这就是中子简并压,这种力量比电子简并压更强大。
如果中子星质量够大,达到三个太阳质量,也就是奥本海默极限,引力如此之大,以至于中子简并压也不足以对抗,于是中子星在自身引力作用下一直向内坍缩,最终形成宇宙中最诡异的天体,黑洞。
黑洞并不一定是通过中子星产生的,只要恒星质量足够大,达到太阳质量的8倍以上,在恒星燃料耗尽走向死亡的过程中,就会坍缩为诡异的黑洞。
中子星虽然已经无法用任何元素来描述,但起码我们还知道中子星是由中子组成的,被压缩得非常致密的中子。从这点上来讲,中子星就相当于超大号的“原子核”,因为原子核就是由质子和中子组成的,而质子和中子质量是一样的,只是一个带电一个不带电。
而黑洞则是把中子无限向内压缩形成的不可思议的天体,组成黑洞的物质到底是什么?
或许已经不能哟经物质来描述黑洞了,因为黑洞其实就是体积无限小的奇点,这个奇点密度无限高,完全超出了科学描述的范畴。我们通常所说的黑洞体积,其实指的并不是黑洞大小,黑洞是没有大小的,指的是黑洞事件视界的大小。以黑洞奇点为中心,史瓦西半径为半径组成的球体大小,就是黑洞体积。
也就是说,把非常致密的中子星完全碾碎,然后压缩到无限小的一个点上,就是黑洞,显然,黑洞本身完全超出了人们的认知。
因为科学描述的东西都是具体的,有限的。任何涉及无限的东西都无法用科学来描述,无限是抽象的,无法用物理语言描述的。
在现实中,并不存在无限的东西。即便是在数学上,无限也会带给人们很多困扰,比如说人类数学史上曾经出现过的三次数学危机,最后一个危机直到今天都没能完全解决。
根据目前的科学研究结果,黑洞就是时空的分界线,这说明了一点,黑洞内部,也就是事件视界内部不再属于四维时空,而我们存在的根本就是四维时空,所以有理由相信黑洞甚至不再属于我们的宇宙,很可能是通往“超时空”的通道,就像科幻电影《星际穿越》里面的男主人公穿越黑洞后,到达了五维时空!
这也是为什么天文学家们如此热衷于研究黑洞的主要原因,他们坚信黑洞一定隐藏着宇宙的本源!