版權歸原作者所有，如有侵權，請聯係我們(men)

如果要說宇宙中密度最高的物質，頂級密度當然就是黑洞啦，其核心奇點密度無限大，也就是無法估量；其次就是中子星，密度在1~20億(yi) 噸/cm^3。

這些物質在地球上都不可能存在，如果存在我們(men) 就無法存在了。

地球密度是分層次的，越深的物質密度越大

地球的結構大體(ti) 有三個(ge) 層次，即地殼、地幔、地核；如果把空氣和海水也算上的話，就有五層，即大氣層、水圈層、地殼層、地幔層、地核層；如果再細分一下，地幔又可分為(wei) 上地幔和下地幔，地核可分為(wei) 外地核（液態層）、過渡層、內(nei) 地核。

現在我們(men) 從(cong) 大氣層開始，一層層物質密度說一下。大氣層就是空氣層，在0℃時地表海平麵空氣壓力為(wei) 1個(ge) 大氣壓，空氣密度為(wei) 1.293kg/m^3（公斤/立方米）。隨著海拔的升高，氣壓會(hui) 越來越低，空氣密度也越來越小。

地球最高峰珠穆朗瑪峰海拔為(wei) 8848.86米，上麵的氣壓約為(wei) 海平麵的30%，在溫度相等情況下，空氣氣壓和密度成正比例關(guan) 係，因此那裏的空氣密度約為(wei) 海平麵的30%。

從(cong) 氣態物質來看，是壓力越大物質密度就越大，其實其他形態物質也一樣，壓力越大，物質密度就越大。而隨著地表往下走，壓力就會(hui) 越來越高，因此物質密度也就越來越大。

水壓隨著深度增加，每深10米會(hui) 增加一個(ge) 大氣壓。因此在地球海水最深處的馬裏亞(ya) 納海溝，水深達到12000米，水壓就達到1200個(ge) 大氣壓。但水的密度與(yu) 溫度關(guan) 係更為(wei) 密切，在4攝氏度時密度最高，約為(wei) 999.972kg/m^3，一般采用1g/cm^3（克/立方厘米）。

水在地球常見壓力下，隨著溫度升高或降低，密度都會(hui) 相應降低，而一般壓力對水的密度影響不大，因此人們(men) 才發明了水壓機，通過水轉換傳(chuan) 遞強大的壓強來鍛壓設備部件。

海水密度與(yu) 含鹽量有密切關(guan) 係，一般在1.02～1.07 g/cm^3，由於(yu) 一般水壓對水的密度影響不大，因此即便在地球最深處的馬裏亞(ya) 納海溝底層，水的密度也沒有明顯變化。

地球物質平均密度為(wei) 5.518g/cm^3，除了水，其他物質在不同深處密度是不一樣的。

地殼主要由岩石組成，平均厚度約35公裏，平均物質密度在2.6~2.9g/cm^3之間；上地幔深度在地殼之下，約距地表980公裏之上，物質密度約在3.2~3.6g/cm^3之間；下地幔在距地表980公裏到2900公裏之間，物質密度在5.1~5.6g/cm^3之間。

外地核距地麵約在2900公裏到4700公裏之間，物質密度在10.0~11.4g/cm^3之間；過渡層在距地表4700公裏到5100公裏之間，密度約為(wei) 12.3g/cm^3；內(nei) 地核在距地表5100公裏到6371之間，密度約為(wei) 12.5g/cm^3。

地球上最大壓力的地方是在地核，約為(wei) 360萬(wan) 個(ge) 大氣壓，是太陽核心約3000億(yi) 個(ge) 大氣壓的0.000012倍，也就是約10萬(wan) 分之1.2倍；而比起中子星核心10^28個(ge) 大氣壓力，則隻有100萬(wan) 億(yi) 億(yi) 分之3.6。

因此，地球密度最高的物質就是在地核深處，也就是每立方米約為(wei) 12.5噸。但這是物質在不同深處的平均密度，而從(cong) 各種元素來看，密度各不相同。

地球不同物質元素的密度

一般來說，地球物質分為(wei) 五種狀態，即氣態、液態、固態、等離子態、玻色~愛因斯坦凝聚態。一般來說，常態物質氣態密度最小，液態次之，固態密度最大。當然也有例外，如軟木屬於(yu) 固態，就比液態密度小。

等離子態是在高溫或高壓環境，物質原子中的電子被部分驅離，導致原子核和電子分離，但又若即若離混在一起成團的現象。一般在高溫火焰、閃電、電弧、日光燈啟動等現象中可見，太陽就是一團巨大的等離子體(ti) 。而玻色~愛因斯坦凝聚態是在人造接近絕對零度（-273.15℃）條件下，物質呈現出來的一種特殊性質。這兩(liang) 種形態的物質我們(men) 今天就不討論了。

人類已經發現的元素有118個(ge) ，從(cong) 密度來看，金屬元素密度最高。常見的一些金屬元素密度為(wei) （g/cm^3）：鐵7.87、銅8.96、銀10.5、鉛11.34、汞13.55、金18.88、鎢19.3、鉑21.45、銥22.42、鋨22.48。

目前，單質元素密度最高的是鋨，元素符號為(wei) Os，其原子序數為(wei) 76，相對原子質量為(wei) 190.23，熔點為(wei) 3045℃，沸點在5027℃以上。這是一種灰藍色金屬，質地極硬但很脆，放在鐵臼裏就可搗碎。搗碎的鋨粉呈藍黑色，可自燃，其蒸氣有劇毒，強烈刺激人眼，嚴(yan) 重時會(hui) 導致失明。

鋨屬於(yu) 極稀有金屬，儲(chu) 量極少，且伴生分散於(yu) 其他礦藏中，全世界每年能夠得到的鋨總量以公斤計。

由於(yu) 某些元素儲(chu) 量太少，或在自然條件下極不穩定，因此在人類發現的118種元素中，有26種是通過人造得到的。這些人造元素都是在極端條件下，在對撞機“撞”出來的，量極少，有的隻有幾個(ge) 原子。如118號元素Og隻獲得過3個(ge) 原子，而且轉瞬即逝，通過精密儀(yi) 器探測，才證實這種元素真的存在，得到世界科學界的承認。

人造元素钅黑（念黑），化學符號為(wei) Hs，原子序數為(wei) 108，相對原子質量為(wei) 265，是一種過渡金屬，也是迄今為(wei) 止密度最大的元素，密度約為(wei) 40.9g/cm^3。這種元素的半衰期隻有半毫秒，1秒等於(yu) 1000毫秒，半毫秒有多長？因此在自然界根本無法存在。,

在地球上，能證明密度最大的物質大概就是單質钅黑元素了。這些元素比起宇宙中特殊天體(ti) 物質密度，實在是小小小巫見大大大巫了，無法類比。

為(wei) 啥地球上就不能存在中子星這種極高密度物質呢？

這是因為(wei) 地球質量太小了，隻有太陽質量的33萬(wan) 分之一，且體(ti) 積很龐大，半徑達到6371公裏。要知道一顆中子星質量至少是太陽的1.44倍，半徑隻有10~20公裏。也就是說中子星的質量至少是地球的47萬(wan) 倍，而半徑隻有地球的637~318分之一，體(ti) 積隻有地球約數千萬(wan) 分之一到數億(yi) 分之一。

根據牛頓萬(wan) 有引力定律，引力大小是與(yu) 質量成正比，與(yu) 距離平方成反比的，表述為(wei) ：F=GMm/r^2。由此，我們(men) 可以看出，一個(ge) 星球的質量越大，體(ti) 積越小，表麵距離引力質心就越近，引力（也叫時空曲率）就越大。

根據這個(ge) 規律，我們(men) 可以得到計算天體(ti) 重力加速度的公式為(wei) ：g=GM/R^2，或者重力公式G=mg。這裏g表示重力加速度，單位m/s^2（米/平方秒） ；G為(wei) 引力常量；M為(wei) 天體(ti) 質量，單位kg（千克） ；R為(wei) 與(yu) 天體(ti) 質心距離，單位m。

根據這個(ge) 公式，我們(men) 可以簡單計算出地球的重力加速度g≈9.8m/s^2（米/平方秒），也可以理解為(wei) 重力g≈9.8N/kg（牛頓/千克）。我們(men) 簡單計算一顆半徑為(wei) 20公裏，質量為(wei) 太陽1.44倍的中子星，重力g≈4802.4億(yi) N/kg，是地球重力約490億(yi) 倍；如果這顆中子星質量為(wei) 太陽的3倍，半徑隻有10公裏的話，則重力g≈40020億(yi) N/kg，是地球重力約4084億(yi) 倍。

地球物質都是由原子構成的，而原子有一個(ge) 堅硬的電子外殼，原子核躲在原子核心隻占原子體(ti) 積的數千億(yi) 到萬(wan) 億(yi) 分之一，卻占有整個(ge) 原子99.96%的質量，因此所有由原子組成的物質，從(cong) 微觀世界來看都是虛空的。

但要突破這個(ge) 堅硬的電子外殼，在地球上幾乎是不可能的，隻有在強子對撞機裏人工製造接近光速的粒子對撞下才能夠突破。這種高速對撞也能製造強大壓力，但地球上隻能在微觀粒子層麵創造出這種壓力，也可以說達到中子星物質層麵的物質，但人眼是無法看到的，且轉瞬即逝 。

而在中子星這種巨大重力下，原子就被壓碎了，電子被壓縮近原子核，這樣物質密度就增加了幾千億(yi) 到上萬(wan) 億(yi) 倍，因此就成為(wei) 極端致密的物質。而在地球上，根本不可能形成這樣巨大的壓力，當然就不可能存在中子星這種密度物質了。

高度致密的天體(ti) 質量越大體(ti) 積越小，最終歸於(yu) 虛無

在中子星上超巨大重力的壓榨下，我們(men) 認知的所有地球物質原子外殼都被壓碎了，帶負電的電子被壓縮進了原子核裏麵，與(yu) 帶正電的質子中和成為(wei) 中子，加上原有的中子，這樣整個(ge) 中子星星球就成為(wei) 由中子組成的巨大原子核了，這就是中子星名字的來源。

中子星的密度達到原子核密度，甚至更高。因為(wei) 這個(ge) 原子核都是由中子組成，依靠中子與(yu) 中子之間的簡並壓（相互排斥力）維持著星體(ti) 的形狀，這種現象叫泡利不相容原理，關(guan) 於(yu) 這個(ge) 原理過去說過多次，今天就不展開說了。

一般來說，中子星質量越大，重力壓力就越大，依靠中子簡並壓維持的星體(ti) 就被壓縮得越致密，因此體(ti) 積就會(hui) 越小。中子星通過強大引力會(hui) 不斷捕食附近天體(ti) 和星際物質，質量不斷增大，當質量達到太陽約3倍時，中子簡並壓就無力支撐自身重力了，會(hui) 發生爆炸或迅速坍縮成為(wei) 一顆黑洞。

黑洞的質量與(yu) 體(ti) 積關(guan) 係遵循史瓦西半徑原理。所謂史瓦西半徑，是指任何物質都有一個(ge) 自己質量的臨(lin) 界半徑，隻要縮小到這個(ge) 臨(lin) 界半徑裏，就會(hui) 無可奈何、無法逆反地成為(wei) 一顆黑洞。

史瓦西半徑公式為(wei) ：R=2GM/C^2。這裏的R為(wei) 史瓦西半徑值，G為(wei) 引力常量，M為(wei) 天體(ti) （或任意物體(ti) ）質量，C為(wei) 光速。

根據這個(ge) 公式計算，太陽的史瓦西半徑約為(wei) 2952米，地球的史瓦西半徑約為(wei) 8.8毫米；而一個(ge) 3倍太陽質量的中子星坍縮成黑洞後，史瓦西半徑不到9000米。

根據黑洞理論，史瓦西半徑不是黑洞的體(ti) 積，隻是黑洞質量在其自身周圍形成的一個(ge) 球形曲率空間，黑洞質量實體(ti) 藏在黑洞核心一個(ge) 體(ti) 積無限小的奇點上。這個(ge) 在我們(men) 世界已經虛無的奇點，在周圍形成一個(ge) 無限曲率，也就是無限引力的球形空間，這個(ge) 球形空間就叫史瓦西半徑。

但太陽和地球都不可能成為(wei) 黑洞，因為(wei) 沒有這麽(me) 大的壓力把它們(men) 壓進自己質量的史瓦西半徑裏。在宇宙中，隻有約太陽質量3倍以上的中子星這種致密天體(ti) ，才具備壓縮成黑洞的重力，而恒星則需要30~40倍太陽質量，在死亡前發生超新星大爆炸才有可能形成黑洞。

任何物質一旦靠近並被吸進黑洞的史瓦西半徑（又叫黑洞事件視界），就有去無回隻能墜落到奇點裏。這就是黑洞會(hui) 吞噬宇宙一切物質，質量和事件視界變得越來越大的原因。這也是地球上無法存在中子星物質，更無法存在黑洞的原因。對此，各位有何見解？歡迎討論，感謝閱讀。

歡迎掃碼關(guan) 注深圳科普！

我們(men) 將定期推出

公益、免費、優(you) 惠的科普活動和科普好物！