很多朋友都對這個(ge) 問題有所疑惑，認為(wei) 是科學家們(men) 忽悠人。憑著生活常識來理解，認為(wei) 這個(ge) 世界怎麽(me) 可能有這麽(me) 重的物質呢？隻是存在於(yu) 想象中罷了。

但事實是，中子星已經發現數千顆了，它們(men) 在這個(ge) 宇宙是確確實實地存在著。當然由於(yu) 中子星太小，直徑隻有二三十千米，還沒有一個(ge) 中小城市大。冥王星直徑2376千米，在現代最厲害的哈勃空間望遠鏡裏，看到的也隻是幾個(ge) 模模糊糊的像素，冥王星距離我們(men) 隻有60億(yi) 千米，也就是約0.0006光年，而距離我們(men) 最近的中子星都有幾百光年，當然就看不到啦。

那麽(me) ，人們(men) 又是怎樣發現並證實中子星的存在呢？事實上，科學家們(men) 比我們(men) 想象要厲害多了，這些特殊天體(ti) 在沒有發現前，早就被理論預言存在了。預言依據的理論就是愛因斯坦創立的相對論。廣義(yi) 相對論的引力場論，認為(wei) 在極端的引力壓下，某些天體(ti) 會(hui) 被壓縮特殊極端致密的天體(ti) ，後來人們(men) 把這些特殊的天體(ti) 叫做白矮星、中子星、黑洞。

科學家們(men) 計算出了白矮星、中子星、黑洞的形成條件。

太陽質量8倍以下的恒星，在演化晚期會(hui) 膨脹為(wei) 紅巨星，分成外殼和內(nei) 核兩(liang) 個(ge) 部分，外殼會(hui) 漸漸消散在太空，而內(nei) 核會(hui) 壓縮成一個(ge) 致密的白矮星。這個(ge) 白矮星的質量約在太陽的0.6~1.44倍之間，超過這個(ge) 質量就維持不了現狀，就會(hui) 進一步坍縮。

因此1.44倍太陽質量是白矮星的一個(ge) 極限，這個(ge) 理論是印度裔美籍物理學家蘇布拉馬尼揚·錢德拉塞卡創立的，因此這個(ge) 極限就叫錢德拉塞卡極限。由於(yu) 白矮星、中子星、黑洞都是極端引力場天體(ti) ，因此一旦形成，會(hui) 對靠近自己的天體(ti) 物質或者恒星形成拉扯吸附作用，它們(men) 的質量就會(hui) 不斷增大。當白矮星質量到達1.44倍太陽質量界限時，其電子簡並壓就支撐不住自身引力壓力了，就會(hui) 發生爆炸，然後形成一顆質量大於(yu) 太陽1.44倍的中子星。

因此中子星的質量下限是太陽的1.44倍，上限現在沒有一個(ge) 準確數據，要根據中子星的旋轉狀態，大約在太陽質量2.16~3.2倍之間。這個(ge) 上限叫做奧本海默極限，這個(ge) 理論是猶太裔美籍物理學家尤利烏(wu) 斯·羅伯特·奧本海默創立的。

中子星超過奧本海默極限，就會(hui) 坍縮成一個(ge) 黑洞。一般認為(wei) ，超過太陽質量8倍以上的恒星，死亡時會(hui) 發生超新星大爆炸，核心會(hui) 留下一個(ge) 質量在1.44倍太陽質量以下的中子星，而30倍以上太陽質量的恒星，大爆炸以後一般核心留下的質量會(hui) 超過奧本海默極限，因此會(hui) 直接坍縮成一個(ge) 黑洞。

是什麽(me) 力量促成了這些特殊天體(ti) 形成呢？

這就得說到泡利不相容原理了。這個(ge) 理論是瑞士籍奧地利物理學家沃爾夫岡(gang) ·泡利創立的，是微觀粒子運動的基本規律之一。這個(ge) 理論認為(wei) ，在費米子係統中，不能有兩(liang) 個(ge) 或兩(liang) 個(ge) 以上的粒子處於(yu) 完全相同狀態，簡單地說，就是相同的粒子不能擠在一起，它們(men) 之間有一種相互排斥力，這種力就叫簡並壓。

粒子物理學已經發現我們(men) 世界存在幾百種粒子，這些粒子分為(wei) 兩(liang) 大類，一類是費米子，一類是玻色子。電子、中子、質子、誇克等能形成物質實體(ti) 的粒子都是費米子，因此每一種費米子之間都存在著簡並壓，而且一級比一級更厲害。

在我們(men) 平常生活中，看到的所有物質都是由原子和分子組成，這些東(dong) 西看起來有的柔軟虛空，有的堅硬致密，但不管多麽(me) 堅硬致密的物質，在高倍電子顯微鏡下，都是虛空的，空間大於(yu) 實體(ti) ，這是因為(wei) 原子和分子間有斥力，這種力的本質是電磁作用力。

隻要是依靠電磁作用力支撐引力壓力的物質，就是我們(men) 通常認知由原子分子組成的物質，而依靠簡並壓支撐引力壓力的物質已經不是正常物質了。

巨大的壓力才能夠與(yu) 簡並壓抗衡。

在一定壓強下，這些物質就會(hui) 被壓縮。在地球上，要取得巨大壓強是很難的，地心壓力是地球上自然壓力最高處，達到海平麵大氣壓的360萬(wan) 倍，但這種壓力隻能把物質壓到很密實狀態，物質依然是原子和分子組成的。如在實驗室製造的瞬間數百萬(wan) 高壓下，可以把氫轉化為(wei) 金屬氫，但依然還是氫分子組成，支撐著這種壓力的依然是電磁作用力，不屬於(yu) 簡並壓。

隻有當壓力極大時，分子被壓垮，原子也被壓垮，這個(ge) 時候才是依靠簡並壓與(yu) 外在的引力壓力抗衡。白矮星就是如此。當太陽類演化後期，巨大的質量向外膨脹時，核心巨大壓力會(hui) 把核聚變完成後剩下的一個(ge) 碳球壓縮到極其致密狀態，這個(ge) 碳球隻有地球大小，卻有太陽質量的0.6倍左右，這時的引力壓力達到了地球海平麵的10億(yi) 倍，物質再也無法保持原子分子組成形態了。

原子被壓垮了，但原子核還保持完好，隻是外圍電子被壓得遊離了原來的能級和軌道，成為(wei) 自由電子，相互靠近，這個(ge) 時候電子簡並壓就起作用了，電子與(yu) 電子之間的斥力，讓同類不相互靠近，這就是電子簡並壓，依靠這種壓力維持著物質一個(ge) 穩定狀態。這時的原子核蕩漾在這些自由電子的海洋中，依然愜意地保持著完整。

白矮星上的物質已經不屬於(yu) 我們(men) 認知118種元素組成的任何物質，原子與(yu) 原子間再也沒有了空隙，原子本身電子與(yu) 原子核的空間也被壓縮了，這種物質叫做電子簡並態物質，其密度達到10噸左右/cm^3。

中子簡並壓支撐著中子簡並態物質。

當白矮星吸積壯大自己，讓自身質量達到太陽的1.44倍時，這時天體(ti) 內(nei) 部壓力達到了10^28個(ge) 大氣壓，也就是相當地球海平麵大氣壓的1萬(wan) 億(yi) 億(yi) 億(yi) 倍，這時電子簡並壓就再也支撐不住巨大的引力壓了，電子被完全壓進了原子核，與(yu) 帶正電的質子中和成為(wei) 中性的中子，與(yu) 原來的中子混合在一起，整個(ge) 星球就成為(wei) 一個(ge) 由中子擠在一起的巨大中子核。

我們(men) 知道原子核的密度為(wei) 10^14g/cm^3，也就是1億(yi) 噸/cm^3，而中子星的密度有時候達到10億(yi) 噸/cm^3，就是說比原子核密度還大。這說明中子星物質比原子核還要致密，中子之間的空間比原子核質子和中子之間的空間還小。但中子星就是依靠中子與(yu) 中子的相互排斥力，勉強維持著有形的物質狀態，這種物質就叫中子簡並態物質，不屬於(yu) 我們(men) 認知地球上的任何元素物質形態。

理論上，還存在一種比中子簡並壓更大的簡並壓，這就是誇克簡並壓。如果宇宙中存在誇克星，其上麵的物質密度比中子星密度還要大上億(yi) 倍。但迄今為(wei) 止，沒有發現誇克星的存在。一般認為(wei) ，中子星質量大於(yu) 奧貝海默極限，就會(hui) 坍縮成一個(ge) 黑洞，所有物質都被壓縮到中心那個(ge) 無限小的奇點上，因此那裏的密度無限大，溫度無限高，並與(yu) 質量成正比在奇點周圍形成一個(ge) 史瓦西半徑為(wei) 界限的球狀無限曲率空間，在這個(ge) 空間，一切物質都無法逃逸，包括光。

現在我們(men) 知道了這些極端天體(ti) 形成的過程和它們(men) 的密度，就應該明白中子星為(wei) 何一小勺物質就有幾十億(yi) 噸重了吧？其實簡單理解就是一個(ge) 比太陽質量還大，半徑有幾十萬(wan) 千米，縮小到隻有10來千米，就可以想象這種天體(ti) 物質的密度了。其實我們(men) 把地球物質送到那裏，也有那麽(me) 重，如果把全球七十億(yi) 人口全部送到中子星上麵，在那裏強大重力壓縮下，隻有不到一個(ge) 立方厘米。

一個(ge) 立方厘米有多大？就是小拇指尖尖這麽(me) 大。

中子星這麽(me) 小，又是如何發現的呢？

中子星半徑隻有十來千米，如果人們(men) 在這種星球上騎自行車，不要一天就能轉一圈。而且現在發現的中子星距離我們(men) 最近都有數百上千光年，而人類的觀測能力，比木星還大距離太陽係最近的行星都看不見，怎麽(me) 能夠發現這麽(me) 遠的小球呢？

原來中子星有幾大特點，除了本身強大的引力壓力，其表麵溫度可達1000億(yi) ~10000億(yi) K，磁場強度達到20萬(wan) 億(yi) Gs（地球磁場為(wei) 0.7Gs），能量輻射達到太陽的100萬(wan) 倍，會(hui) 發出強大的射電源。

中子星還會(hui) 高速旋轉，一般都有每秒幾百圈，最快的中子星可達2000~3000圈。由於(yu) 中子星的自轉軸與(yu) 磁極不重合，這樣其強大能量射線就從(cong) 磁極以某個(ge) 角度向太空發射，隨著星體(ti) 旋轉，就像燈塔一樣掃過宇宙天際，但掃到地球時，就會(hui) 被射電望遠鏡捕捉到。

1932年，當中子被發現後不久，前蘇聯物理學家朗道就預言了宇宙中可能有中子星存在，但一直未能證實。1967年，天文學家們(men) 收到宇宙中傳(chuan) 來的一種奇怪電波，這種電波就像人的脈搏跳動，很有規律，由此引起世界轟動，以為(wei) 收到了外星人發來的信號，因為(wei) 這實在太像人為(wei) 控製的信號了。

後來，英國天文學家休伊什弄清了這種奇怪電波是由某種特殊天體(ti) 發出，人們(men) 把這種天體(ti) 命名為(wei) 脈衝(chong) 星，而脈衝(chong) 星就是中子星旋轉發出的脈衝(chong) ，掃過地球被人們(men) 所發現的中子星。由此，休伊什獲得了1974年諾貝爾獎。

中子星不但真實存在，而且已經在為(wei) 人類服務。

正是由於(yu) 中子星強大能量輻射和自轉射電脈衝(chong) ，被人們(men) 不斷發現。科學家們(men) 估計在銀河係至少有20萬(wan) 顆中子星，現在已經發現了幾千顆。我國建成的貴州天眼，是目前世界上最大的射電望遠鏡，2016年建成開始試運行，短短幾年，就已經新發現了240多顆脈衝(chong) 星（截止到2020年11月）。

現在，人類還無法看到真實的中子星，更無法接近這種極端天體(ti) ，但中子星的發現對人類認識和觀測宇宙起著重要作用，特別是脈衝(chong) 星穩定精準有規律的脈衝(chong) 信號，就像茫茫宇宙中的燈塔，成為(wei) 人類星際遠航的導航定位準星。

結論：中子星真實存在於(yu) 宇宙中，上麵的物質不是我們(men) 認知的普通物質，而是中子簡並態物質，密度超過原子核密度，達到1~10億(yi) 噸/cm^3。


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