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中子星和黑洞堪称宇宙中最恐怖的天体,尤其是黑洞,奇点的密度无限大,超出了我们的认知范围。

即便是中子星,密度也非常大,每立方厘米中子星物质超过一亿吨,已经完全不能用元素解释了,那么黑洞里面到底是什么物质呢?

首先我们先来看一下黑洞的具体特征。

黑洞,其实是没有大小的,黑洞本身就是体积无穷小的奇点,密度无限大。我们通常所见的黑洞体积大小,指的是以奇点为中心以史瓦西半径为半径组成的球面。

任何质量的物体,都有对应的史瓦西半径,当然黑洞也不例外。史瓦西半径与质量成正比,质量越大,史瓦西半径就越大。有一个简单的公式可以计算一个物体的史瓦西半径。

可以这样通俗理解史瓦西半径,任何物体一旦被压缩到史瓦西半径的尺度,就会坍缩为黑洞。

虽然史瓦西半径有大小,但黑洞其实是没有大小的,所有的质量都集中在奇点上。物理学上研究的是具体的物理量,而无穷属于抽象概念,因此黑洞和奇点本身完全无法用如今的物理定律去诠释。

而由于黑洞所有的物质都集中在无穷小的奇点,因此那里并不存在我们认知到的所有元素。

事实上,不要说中子星和黑洞了,即便是白矮星,都已经不是我们认知的元素组成的了。

我们太阳的最终宿命就是白矮星。科学家研究认为,0.5倍到8倍太阳质量的恒星,在死亡之后就会演化为白矮星。白矮星实际上就是小质量恒星死亡后的残骸。

千万不要小看白矮星,它的密度同样非常大。小质量恒星在死亡的过程中,在自身重力作用下向内坍缩,核外电子成为自由电子,但基本上还能保持原子的状态,白矮星依靠电子简并压与引力保持平衡,因此白矮星也可以被称为“电子简并态物质”。

何为电子简并压?

根据泡利不相容原理,两个或者两个以上的粒子不能处于完全相同的量子态,这意味着当两个或多个电子试图占据一个量子态时,就会产生巨大的力量,这就是电子简并压。

用现实世界打比方是这样的。你就喜欢一个人在一个房间里独处,如果有其他人试图进入你的房间,你就会使劲把这个人往外推,你的推力就相当于电子简并压。

白矮星就是靠电子简并压与引力抗衡,不让自身一直向内坍缩。

白矮星密度可以达到每秒1吨到10吨,因此,即便是白矮星物质,也不是我们已知的任何元素组成的。

白矮星形成之后,凭借自身强大的引力,会不断吞噬周围的物质,哪怕恒星也会被白矮星吞噬。当白矮星的质量达到一个极限,所谓的“钱德拉塞卡极限”,大约是太阳质量的1.44倍,此时的电子简并压也无法承受强大的重力,白矮星会继续向内坍缩,引发超新星爆发,最终很可能坍缩为中子星。

说白了,钱德拉塞卡是白矮星的上限,同时也是中子星的下限。

中子星,顾名思义,完全由中子组成,说白了就是一个超级大的“原子核”,核外电子完全被压进了原子核内,与质子结合形成中子。

中子星密度非常大,每立方厘米中子星物质质量可超过一亿吨。中子星之所以能够存在,就是因为中子简并压的存在,中子简并压是比电子简并压更强大的力量,足以对抗中子星自身强大的重力。

但是,即便是强大的中子简并压,也有一个极限,那就是奥本海默极限。当中子星的质量来到奥本海默极限时,也就是大约3个太阳质量,中子简并压也无法支撑强大的引力,继续向内坍缩,最终坍缩为黑洞。

虽然白矮星和中子星内部物质已经无法用元素来解释,但起码我们可以知道白矮星和中子星内部的组成结构。白矮星里面主要还是由原子组成,但不再是普通的原子。而中子星完全由中子组成,所有的中子都紧密地挨在一起,非常致密。

而黑洞完全脱离了我们的认知范围,我们无法确定黑洞奇点到底是怎样一个存在状态。

截至目前为止,包括人造元素在内,人类已知的有118种元素,密度最大的元素也只有每立方厘米22.8克,要知道白矮星密度为每立方厘米10吨,而中子星更是达到每立方厘米一亿吨以上。

即便是最终的元素,与白矮星和中子星相比,也完全不是一个量级的。科幻小说《三体》里面的奇异物质“水滴”就非常重,密度与中子星相当。

那么黑洞奇点呢?

对于黑洞奇点来讲,完全不能用我们的普通思维去衡量了,远不是把中子星内部的种子全部压碎那么简单了。因为无论把中子压得有多碎,总是会有体积的,而且不管密度有多大,总是会有一个赏析三的。

但奇点完全没有体积,它无穷小,密度无穷大,早就超出了我们对物质的认知范畴了。

通俗来讲,黑洞奇点根本不属于我们四维时空,完全是“超时空”的存在方式。也难怪四维时空里的人类无法窥视黑洞的奥秘了。

而如果能够借助黑洞奇点了解任何有关“超时空”的奥秘,很可能会引领人类进入另一个全新时代,窥视更多大自然奥秘,甚至直击宇宙的底层逻辑。

这也是为什么科学家们对黑洞如此着迷的原因所在,因为他们坚信黑洞奇点一定隐藏着更高级的大自然法则,甚至可以让人类窥视通往高维度的奥秘!

原文链接:https://www.toutiao.com/article/7347941798431687204

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