常有人對中子星物質密度沒有一個(ge) 直觀了解，因此抱著質疑的態度。今天我們(men) 就來通過剖析一下一塊指甲蓋大的中子星物質，按地球物質密度看看有多大，並根據這條線索，讓各位對中子星的來曆有一個(ge) 較為(wei) 清晰的了解。

所謂指甲蓋大，就定義(yi) 為(wei) 1立方厘米。

我們(men) 通過密度換算就知道了，這隻是一個(ge) 簡單的數學題。中子星密度為(wei) 1~20億(yi) 噸/cm^3，地球密度為(wei) 5.5g/cm^3，中子星密度約地球密度的18.2萬(wan) 億(yi) ~364萬(wan) 億(yi) 倍，我們(men) 折中一下，中子星按中間密度10億(yi) 噸/cm^3，這樣1立方厘米中子星就有182萬(wan) 億(yi) 立方厘米的體(ti) 積，換算成立方米就是1.82億(yi) 立方米。

根據球體(ti) 積公式V=(4/3)πr^3，可計算出1立方厘米的中子星物質變成地球物質，相當一個(ge) 半徑351米的球體(ti) 。這個(ge) 結果可能超乎一些人想象吧？中子星說得那麽(me) 玄乎，也不過如此。其實這已經很玄乎了，一個(ge) 指甲蓋那麽(me) 大的中子星物質，變成地球物質就成了塞滿鳥巢空間一個(ge) 巨大的球。

指甲蓋大的黑洞，會(hui) 有多大質量呢？1cm^3體(ti) 積的球形半徑就是約0.62cm，這就是黑洞的史瓦西半徑，史瓦西半徑的計算公式為(wei) ：R=2GM/C^2，這裏R為(wei) 史瓦西半徑值，G引力常量，M為(wei) 天體(ti) 質量，C為(wei) 光速。根據公式計算，這麽(me) 大的黑洞質量約有41萬(wan) 億(yi) 億(yi) 噸，約地球質量的68.3%。

那麽(me) 60萬(wan) 億(yi) 噸的地球如果變成中子星，地球體(ti) 積將縮小182萬(wan) 億(yi) 倍，就成了一個(ge) 半徑約112.4米的球。也就是說這個(ge) 球遠遠沒有1立方厘米中子星物質變成地球物質體(ti) 積大。想一想我們(men) 開著時速100km的汽車，沒日沒夜一刻不停的開，都要開16天多，才能夠轉一圈，而地球變成中子星後，隻要散著步也隻要幾分鍾就轉了一圈，開心吧？

不過這種開心永遠也不會(hui) 降臨(lin) 。這是因為(wei) 中子星的質量介於(yu) 太陽的1.44~3倍之間，太陽質量的1.44倍是錢德拉塞卡極限，沒到達這個(ge) 臨(lin) 界點，就隻能成為(wei) 一個(ge) 白矮星，成為(wei) 不了中子星；而太陽的3倍左右是奧本海默極限，到了這個(ge) 極限，中子簡並壓就再也支撐不了重力壓力，必然坍縮成一個(ge) 黑洞。

因此中子星的半徑一般在10km左右，像地球這種質量，包括太陽這種質量的天體(ti) ，是變不成中子星的。太陽最終的歸宿是一個(ge) 白矮星。一般認為(wei) 要太陽8倍以上，30倍以下的恒星在演化晚期，發生超新星大爆發後，拋棄了絕大多數的物質，剩餘(yu) 的核心致密物質才會(hui) 形成一個(ge) 中子星。而40倍太陽質量以上的恒星，超新星大爆發後核心殘留物質會(hui) 坍縮成一個(ge) 黑洞。

所以在中子星上轉一圈至少有六七十公裏，急匆匆的走也要走八九個(ge) 小時吧。而且已知的任何物質都無法在中子星上落腳，更別說人了，靠近都不行。如果一個(ge) 成年人被中子星引力捕獲，拉拽著掉到其表麵，掉落速度可達光速一半，即每秒15萬(wan) 千米，撞擊的威力相當15000多顆廣島原子彈同時爆炸。

不過別擔心，中子星會(hui) 毫發無損，連1毫米波瀾都掀不起來。因為(wei) 中子星上重力形成的壓強達到10^28個(ge) 地球大氣壓，也就是1萬(wan) 億(yi) 億(yi) 億(yi) 個(ge) 大氣壓強，相當地球中心壓強的30萬(wan) 億(yi) 億(yi) 倍。中子星的極端還有：磁場強度達到地球的數十萬(wan) 億(yi) 倍；逃逸速度達到一半光速；表麵溫度數百萬(wan) 度到上億(yi) 度，中心溫度可達萬(wan) 億(yi) 度。

這樣的地方，在可預見的未來，人類是也無法靠近的。不過劉慈欣的小說《三體(ti) 》中，描述的三體(ti) 人水滴探測器，就是由中子星類物質製造的，所以人類窮盡一切辦法不但無法窺探其中的秘密，就是在表麵放大一億(yi) 倍也無法找不到一點疤痕。當然這隻是小說誇張的想象，中子星物質是沒有辦法在一般環境存在的。

致密的天體(ti) 是如何形成的？密度不同的天體(ti) ，是由於(yu) 天體(ti) 重力不一樣導致的。因為(wei) 在超強大壓力下，物質會(hui) 被壓垮，這種垮不是我們(men) 生活中看到或理解的那種垮，而是原子粒子之垮。我們(men) 之所以能夠看到各種各樣形態的物質，能夠保持某種形態不變，是因為(wei) 物質內(nei) 部有一種壓力，或者叫斥力，在支撐著外部壓力。

比如人體(ti) ，經過長期進化適應了地球1個(ge) 大氣壓的壓力，形成了人體(ti) 內(nei) 部壓力與(yu) 外部壓力的平衡，這樣人就能夠在地表每平方厘米1公斤的壓力下活動自如；而如果加大壓力或者減少壓力，人類就承受不了，因此在深潛時或太空探索，人類就要穿上抗壓服，來幫助身體(ti) 抵禦外麵壓力的變化。

在物質內(nei) 部更深層次，每一個(ge) 層次都會(hui) 自動抵禦某種壓力，這種抵禦壓力的原理是量子力學的奠基人之一，美國物理學家沃爾夫岡(gang) ·泡利發現的，因此人們(men) 把它定名為(wei) “泡利不相容原理”。這個(ge) 原理認為(wei) ，微觀層麵費米子（電子、中子、質子等一類粒子）組成的係統中，不能有兩(liang) 個(ge) 或兩(liang) 個(ge) 以上的粒子處於(yu) 完全相同的狀態，也就是說兩(liang) 個(ge) 粒子不能占據空間中的同一個(ge) 位置。

通俗的說，就是這些粒子天生不願靠在一起，一定要保持距離，這樣就形成了相互之間你推我搡的排斥力，這種排斥力到了越深層次的粒子就越大，能夠抵禦的壓力也相應越大。巨大恒星中心壓力極大，超新星大爆發導致的壓力就更高了，這樣中心物質就會(hui) 在不同壓強下形成不同層次的致密天體(ti) 。

電子簡並壓和中子簡並壓造就了白矮星和中子星。首先，中子星的質量介於(yu) 1.44~3個(ge) 太陽質量之間，小了沒到達錢德拉塞卡極限，也就是1.44個(ge) 太陽質量，重力就達不到壓縮臨(lin) 界點，就隻能保持白矮星的電子簡並態物質。電子簡並態物質也是在重力極大條件下，物質的原子被壓癟了，不過還沒有碎，隻是外層電子成為(wei) 遊離電子，而原子核還保持完整的躺在電子海洋中。

這就是白矮星，白矮星依靠電子之間排斥力形成的簡並壓支撐著重力壓。太陽以及8倍太陽質量以下的恒星，演化後期外殼物質會(hui) 消散在太空，中心留下一個(ge) 質量在太陽1.44倍以下的白矮星，體(ti) 積約地球大小，密度達到1~10噸/cm^3。

當白矮星通過吸積，或者超新星大爆發後核心殘留的致密物質達到1.44個(ge) 太陽質量以上時，電子簡並壓就再也無力支撐巨大的重力壓力，星球物質隻有進一步坍縮。這樣原子就完全崩潰了，帶負電荷的電子被壓進了原子核，與(yu) 帶正電的質子中和成為(wei) 了中子，加上原子核中原來的中子，整個(ge) 星球就基本上由中子組成，因此叫做中子星。中子星已經完全消除了原子巨大的空間間隙，達到原子核的密度，約10^15kg/cm^3。

中子星物質是目前人類觀測到密度最大物質。中子星就依靠中子簡並壓支撐極高的重力壓，勉強維持著這種極端致密的物質形態。當中子星通過吸積，或者超新星大爆炸核心致密物質質量超過太陽3倍左右時，就到了奧本海默極限，中子簡並壓就也無法支撐這種壓力了。這時，就沒有任何力量能夠阻止物質的無限塌縮了，中子也被壓碎了，我們(men) 認知的一切物質形態再也沒有了，這個(ge) 天體(ti) 就成為(wei) 一個(ge) 無限小的奇點，這個(ge) 奇點的密度已經無限大。

雖然這個(ge) 奇點沒有體(ti) 積，人類無法看到了，但還保有著質量、角動量和電荷等物理量，並在奇點周圍形成一個(ge) 與(yu) 質量成正比的球狀無限曲率空間，這個(ge) 空間什麽(me) 也沒有，隻有引力場。

這就是黑洞，那個(ge) 球狀空間就是黑洞的史瓦西半徑。黑洞奇點已經不是我們(men) 可認知的事物，也不是我們(men) 世界的物質了。因此中子簡並壓物質是我們(men) 能夠認知最極端最致密的物質。

有理論認為(wei) ，宇宙中可能存在著誇克簡並態天體(ti) ，它的密度大於(yu) 中子星，僅(jin) 次於(yu) 黑洞奇點。不過迄今為(wei) 止並沒有發現這種天體(ti) 。這樣中子星在宇宙天體(ti) 食物鏈中，依然占據著老二地位。

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