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在我们这个世界,任何地方任何物体都遵循万有引力定律,中子星也不例外。

万有引力定律是经典力学鼻祖艾萨克·牛顿在三百多年前发现的,是现在人类发现宇宙存在四种基本力的一种,也是人类发现的第一种基本力。

万有引力的发现,颠覆了人类几千年来的认知,让这个世界运行变得更有规律可行,使人类对世界的认识上升到了一个新的层次,客观上冲击了神创论,剥夺了上帝对世界万物的指挥权。

因为在此之前,人们认为上帝或其他神仙创造了世界,并主导和任意的改变着这个世界,世界没有规律可循。

万有引力定律的发现,推翻了这种认知,让人们知道世界有规律可循,万事万物的运行都遵循万有引力规律,不是由上帝或者某些神仙操纵。

万有引力是指任何物体都具有的基本属性,是物体质量的根本属性。

万有引力定律表述为:引力大小与相互作用物体的质量乘积成正比,与作用物体之间距离平方成反比。

表达公式为:F=GMm/r^2

式中,F为引力值,G为引力常量,M和m为引力相互作用大小物体质量,r为引力作用物体之间的距离。

这就是说,质量越大的物体引力就越大,质量越小的物体,引力就越小;物体之间距离越近,引力越大,距离越远引力越小。

因此任何物体都有引力,一个原子,一个分子都有引力。但引力是四种基本力中最小最弱的力,只有强力的千万亿亿亿亿分之一,电磁力的百万亿亿亿亿分之一,弱力的百亿亿亿分之一。

因此,小质量物体的引力就非常微弱,很难测量感知出来。而在天体运行中,就显得异常重要了。

现在我们回过头来说说中子星。

中子星的引力大小和范围,当然也遵从万有引力定律,否则就不是万有引力定律就不是万有了,牛顿岂不就不牛了。

但要了解中子星引力为什么表现得那么极端,就要来了解一下中子星的前世今生。

中子星是我们世界一种极端的天体,是太阳质量8倍以上的恒星死亡后的尸骸。

这种恒星在演化后期,会发生超新星大爆炸,外围的物质会分崩离析飘散到太空中,只留下中心一个至密的核。

这个核是由于恒星高温高压,中心核反应到了后期形成的,加上超新星大爆发的巨大能量压缩,把原子压碎了,电子被压进了原子核,带负电的电子与带正电的质子结合成为电中性的中子,这样与原来的中子挤在了一起,整个星球就成了一个大中子核。

这个大中子核就是中子星。

既然说到原子核、中子核,我们有必要简单了解一下原子的构造。

我们知道,我们这个世界一切物质,都是由原子组成,而原子则是由原子核和核外电子组成。

原子的直径约10^-10m,但这个直径只是由于电子的运行而撑起来的一个巨大空间,原子核的直径只有10^-15m,也就是说,这个原子核直径比原子直径小10万倍。

也就是说如果原子是一个100米直径的一个球,原子核就是中心那个1毫米直径的小菜籽。

但是原子核的质量却占了整个原子的99.96%,事实上,原子核的质量基本能够代表整个原子的质量。而原子核只是整个原子体积的千万亿分之一。

原子核的密度极大,约为10^17kg/m^3,就是每个立方米100万亿吨,1个立方厘米1亿吨。

由此我们可以看出,我们在地球上看到的任何物质,不管它多么的坚硬,即便钢铁钻石,在它们极其细微的微观世界,都是空洞的。

原子就像一个空空的大气球,而几乎占有整个原子质量的原子核就躲在这个巨大的空球中心,主宰着这个球体。

如果把这个打气球戳破了,让原子核挤在一起,压实了,密度就会达到惊人的地步。

这一切的铺垫,都是为了让各位更形象的了解中子星的密度。

中子星就是一个被巨大压力压实了的世界,没有了电子撑起的这个巨大的空球,中子星不但原子核挤在了一起,而且都成了中子。

8倍太阳质量的恒星大爆炸后,剩下核心质量要大于1.44倍太阳质量,就会变成一个中子星。

而这个中子星由于原子的气球被搓破了,原子核压实了,1.44倍太阳质量就被压缩成一个很小的球,半径只有约10千米大小,物质密度达到1亿吨/cm^3以上,甚至达到10亿吨/cm^3。

就是一个小指甲盖这么大的物质,达到1~10亿!全世界所有的人口挤在一起,质量都没有这么大!而这个星球,如果人们能够上去的话,步行一天就能够围绕着走一圈。

可惜,这个星球不要说上去,就是靠近也不可能。

因为其上面表面温度可达千万度,核心温度达到100亿度,表面逃逸速度可达一半光速,就是没有每秒15万千米的速度,别想逃离中子星。

而人类的飞船最快也只有200千米每秒,还要等到帕克太阳探测器在2024年靠近太阳表面600万千米时,依靠太阳引力弹弓效应才能够创造出来。

如果一个人被中子星引力捕获,高速撞向其表面,体积很快会挤压不见了,撞击的能量却能达到数颗世界最大核弹~5000万吨级沙皇炸弹的爆炸威力。

不过在中子星极大的重力下,即便核爆,也掀不起一个毫米的波澜。

现在言归正传,来说说中子星的引力。

刚才提到,中子星表面引力极大,逃逸速度达到每秒15万千米,而太阳表面的逃逸速度才每秒617.7千米。

根据万有引力定律,引力大小与质量成正比,中子星的质量比太阳并没有大多少,为什么表面引力会比太阳大那么多呢?

甚至有理论认为,已知最大的恒星r136a1,这颗比太阳质量大约300倍的恒星,遇到中子星也只有被吞噬的命运,这又是什么道理呢?

其实这还是没有弄清万有引力定律的内涵。

请我们一定要记住,在这个世界,质量是引力的根源,引力大小是与质量成正比的,中子星也不例外。

一颗中子星与一颗质量同等的恒星,实质上引力是一样大的。这就是说,如果中子星和与它一样质量的恒星,都距离某个天体1亿千米,那么它们的引力没什么区别。

如果有一颗中子星在太阳位置,与太阳质量一样大,我们地球就会照样转,引力上没有什么差别。

只是中子星由于体积太小,照射到地球的光和热就太弱小了,地球将进入冰河时代,很快就会冻结成一个冰球。

既然同等质量的中子星与恒星是一样一样的,那么到底为什么中子星可以吃掉大恒星呢?

这是因为引力大小还有很重要的一个定律,就是与物体之间距离平方成反比。这一点中子星就占了便宜了。

因为这个距离不是从物体表面之间计算,而是从物体之间的质心来计算。中子星半径很小,其质心距离表面就比恒星近多了。

所以,这就造成了一个假象,质量一样大的中子星,表面引力比同等质量恒星的引力却大多了,这样很多人就认为中子星引力大多了,所以就能够吃掉比自己大很多的、甚至任意大的恒星。

但这是错误的,中子星的引力与任何同等天体的引力都是一样大的,只是由于密度不一样,表面引力就不一样罢了。

同等质量的天体,密度越大的,半径就越小,密度越小的半径就越大。这样同等质量天体的表面,距离质心的距离不一样,表面引力就不一样。

中子星是个极端天体,1.44倍太阳质量,半径只有10千米左右;而太阳没有中子星质量大,却有69.6万千米的半径。

太阳表面距质心有69.6万千米,中子星距离质心只有10千米,还没有我们上班的距离远,你说中子星表面引力怎么会不大呢?

因此,中子星的引力影响远近与其他天体是一样一样的,只是距离表面越近,由于中子星表面到质心距离,比恒星表面到质心距离近很多,才表现出引力极端的一面。

为啥中子星很小却可以吞噬质量大很多的恒星,其引力影响有多远?

说到这,我们就有必要进一步了解一下更小、引力更极端的一种天体~黑洞。

1916年,爱因斯坦广义相对论刚问世不久,德国天文学家、物理学家卡尔·史瓦西就得出了相对论引力场的一个解,这个解就是任何有质量的物体,都有自己的临界半径,一旦缩小到自己质量的临界半径,就会无限坍缩成一个奇点。

后来人们把这个解叫做史瓦西半径。

史瓦西半径的计算公式为:R=2GM/C^2

式中,R为史瓦西半径大小,G为引力常量,M为天体质量,C为光速。

任何物体缩小到自己质量的史瓦西半径以内,就成了一个黑洞。因此史瓦西半径是以物体质量成正比的。

这个史瓦西半径的边界就是黑洞事件视界,也就是说在这个视界之外,人类可以观测到它的引力影响事件,到了这个视界之内(史瓦西半径内),就什么都看不到。

因为事件视界里面是无限曲率,也就是引力无限大,时空全部卷曲消失,光也无法逃逸。

根据公式计算,太阳的史瓦西半径约3000米,地球的史瓦西半径只有9毫米。如果有极端压力把太阳压缩到3000米半径以内,太阳就会成为一个黑洞,就能够通吃这个宇宙的一切。

可是,这个宇宙除了大质量恒星,没有什么力量能够把物质压进自己质量的史瓦西半径。

这个不包括在大型强子对撞机里,用极大能量制造一个原子级的黑洞,我们这里不讨论这个话题。

在宇宙中,要达到太阳质量30倍的恒星,死亡时的超新星大爆炸,才有能力把核心压缩成为一个黑洞,这个黑洞的最小质量在太阳约3.2倍左右。

中子星在黑洞面前也是小巫见大巫,但中子星的半径已经很靠近史瓦西半径了。

一个1.44倍太阳质量的中子星,其史瓦西半径为4320米,中子星实际半径为10千米左右,是史瓦西半径的2倍多点,引力当然就会非常厉害了。

这就是中子星表面引力比r136a1大很多,遇到一起,这个巨无霸恒星也只有被小中子星吞噬的原因。

但中子星过分贪吃就会撑破肚子,爆炸身亡。

研究认为,中子星吸取附近恒星或星际物质,把自己撑到太阳质量的3.2倍,也有研究认为一个不旋转中子星质量只要达到太阳2.16倍的时候,依靠中子简并压支撑着引力压的平衡状态就会被破坏,引力压力占了绝对优势,这颗中子星在爆炸中坍缩成一个黑洞。

这是恒星尸骸的升级。

宇宙中,恒星的尸骸排位是黑洞、中子星、白矮星。

黑洞是宇宙中的顶级天体,打遍天下无敌手,中子星排行老二,都是可怕的厉害角色。有人认为在黑洞和中子星中间可能还有夸克星,但现在还没有发现。

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