中子星物质已经不能用元素解释,更诡异的黑洞里面是什么物质?

B站影视 2025-01-15 15:14 2

摘要:公众普遍以为黑洞拥有无限的质量密度,然而这种观点并非十分精确。所谓“无限”,实际上仅仅指涉黑洞的核心——奇点,并非黑洞整体。

黑洞,这宇宙的神秘之谜,常常是星辰凋零后的归宿,宛若星体的安息地。

公众普遍以为黑洞拥有无限的质量密度,然而这种观点并非十分精确。所谓“无限”,实际上仅仅指涉黑洞的核心——奇点,并非黑洞整体。

每处黑洞都围绕着一个事件穹界,它是时间与空间的临界点,任何物质一旦跨越此界必然被黑洞的强大引力所完全吸纳。该穹界的轮廓通常被视作“黑洞”的边界。

这个事件穹界实质上等同于黑洞的史瓦西半径,其计算公式为:

其中R代表史瓦西半径,M代表物体质量,G是万有引力常数,C代表光速。简而言之:若一物体的逃逸速度与光速等同,那么其史瓦西半径即为计算得出的R值。要想摆脱黑洞的事件穹界,需得超越光速,然而宇宙的速度极限恰为光速。

黑洞内部的情境,尤其是奇点的构成,究竟为何?

我们皆知万物皆由原子缔造,而原子则由原子核(质子与中子)及电子构成。

但原子仍能被压缩。如我们的太阳最终将化作白矮星,白矮星便是太阳在生命尾声经历剧烈坍缩的产物。白矮星的密度极高,其构成物质已非元素周期表所能描述。

在一般情况下,质量不超过三个太阳的恒星消亡会化为白矮星,例如我们的太阳在五十亿年后亦将步入白矮星的演化过程。

白矮星的物质密度极高,原子被极大地压缩,但电子尚未被吸至原子核中,其所依凭的正是“电子简并压”。

“电子简并压”何解?简而言之,两个相同的费米子(构成物质的基本单元)不能共处于同一状态(比如电子,不能占据同一轨道),此即泡利不相容原理。

这种不相容性导致费米子间产生无法共存的压差,正是白矮星内部的这种压差支撑着其结构,避免进一步的坍塌。

即便如此,白矮星的密度已足以令人惊异,其每立方厘米的质量可达数吨,远超目前已知任何元素。

密度之巨意味着白矮星会吞噬邻近物体,比如常会吸入邻近恒星,使其质量不断攀升,至一定程度(即钱德拉塞卡极限,约1.44倍太阳质量),纵使电子简并压亦无法抵御巨大引力。此刻,白矮星物质继续坍缩,点燃聚变,最终电子被压至原子核,与质子结合化作中子,从而诞生一颗中子星。

中子星的密度较之白矮星更为巨大,每立方厘米质量可达十亿吨,令人难以置信!

中子星的引力极强,但它并未因巨大引力而继续坍缩,缘由在于中子简并压(与电子简并压相似)与强引力达成平衡。然而,若中子星质量继续增大,跨越奥本海默极限(超过三个太阳质量),中子简并压终将无法抵挡引力,中子星随之坍塌。

于是,黑洞诞生了。

这里需特别指出,黑洞的形成并非必然源自中子星。若恒星质量足够巨大(通常超过八倍太阳质量),其消亡过程亦会直接形成黑洞。

当恒星耗尽氢燃料后,其核心会继续进行氦聚变,随后是碳、氧等元素。一些巨大的恒星甚至可持续聚变至铁元素,然后停止。

由于铁元素为最稳定的元素,其较轻元素在聚变过程中会释放能量,而铁元素要发生聚变则需吸收能量。

超级巨大的恒星在内爆过程中产生巨大能量,这使得铁元素继续聚变为更重的元素,并引发剧烈爆炸,即所谓的超新星爆发。

超新星爆发过程中,会将外层物质散播至浩瀚星际空间,成为下一代恒星及行星的原材料,而剩余部分则形成黑洞或中子星。

超新星爆发之猛烈,仅次于宇宙大爆炸,若在百光年范围内发生,地球会瞬间遭受毁灭。

言归正传,中子星的密度已是我们难以想象,而构成黑洞奇点的物质又是何物?

或许,我们只能借助科幻的思维去描绘,甚至超出了“物质”的定义。

试想,若将中子星中的中子彻底碾碎,压缩至体积近乎零的奇点,这已远超我们的认知边界。

即便在数学界,“无限”概念亦令我们困惑不已,曾引发三次数学危机,至今危机仍未完全解除。

而黑洞的事件穹界,乃是时空的界限,意味着黑洞之内必非我们所熟知的时空,或许正是那传说中的“超时空”,其中很可能藏匿着我们梦寐以求的宇宙终极奥秘!

来源:宇宙探索

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