白矮星和中子星的形成过程的抵抗压力

科学探索:极端古怪的白矮星中子星以及无法描述的奇点

宇宙大爆炸理论认为,宇宙膨胀必然导致收缩,收缩到一个奇点,成为下一次宇宙大爆炸的前奏。所以,奇点是宇宙大爆炸前的存在形式。科学家认为,大质量的恒星死亡时会发生引力坍缩,最终就形成了黑洞,黑洞中心也有一个奇点。

奇点是大爆炸宇宙论所说到的一个“点”,即“大爆炸”的起始点。该理论认为宇宙(时间-空间)是从这一“点”的“大爆炸”后而膨胀形成的。奇点是一个密度无限大、时空曲率无限高、热量无限高、体积无限小的“点”,一切已知物理定律均在奇点失效。经典广义相对论预言存在奇点,但由于现有理论在该处失效,也就是说不能用定量分析的方法来描述在奇点处有些什么。什么是现有理论失效呢?就是时间啊、空间啊、原子电子质子中子以致量子理论啊等等,在这里都没有用。空间—时间是在奇点开始,也在奇点结束。爱因斯坦说,时间和空间是人们认知的错觉。时间是宇宙万事万物的变化,随着奇点的爆炸,宇宙的诞生,才有了时间和空间的概念。奇点爆炸之前,这一切是乌有。

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所以,奇点是不能用我们已知的理论去描述的。比如说奇点是一个体积无限小的“点”,这个点到底有多小?一个质子大小还是一个夸克大小?无法描叙,科学家只能用无限趋近于0的熵值来形容。但它又不是“无”,所谓无中生有只是比喻,实际上并非“无”。这个问题时空通讯觉得应该用0维空间的猜想来解释,一般认为,0维空间就是一个点,但这个点没有长和宽,也没有高度,怎么理解?所以就是不能用三维空间的理论来理解这个0维空间的问题,在那个空间,只用用哪个空间的理论才能解释。在这样极致的体积下,也就不能用常规来解释里面的物质了,或许就不叫物质了,那么是意识吗?谁知道呢。

又比如说,密度无限大,怎么大?有人说物质坍缩成了分子原子级在一起,还有人说原子也崩塌了,只剩下电子原子核挤在一起。这种说法还是在用我们现有的物理理论在描述。其实这种描述基本符合白矮星和中子星的状态。

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白矮星是中低质量的恒星在渡过生命期的主序星阶段,膨胀成为一颗红巨星,这时外面膨胀里面却受引力作用不断收缩,当恒星的不稳定状态达到极限后,红巨星会进行爆发,把核心以外的物质都抛离恒星本体,物质向外扩散成为星云,残留下来的内核就是我们能看到的白矮星。白矮星的表面重力等于地球表面的10亿倍。在这样高的压力下,任何物体都已不复存在,连原子都被压碎了,电子脱离了原子轨道变为自由电子。白矮星的密度为1立方厘米的10吨重,而地球才5.5克。45亿年后,我们的太阳最后也将变成红巨星,吞噬地球后最终变成白矮星。

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中子星比白矮星更极端,同白矮星一样,中子星是处于演化后期的恒星,它也是在老年恒星的中心形成的。只不过能够形成中子星的恒星,其质量更大罢了。根据科学家的计算,当老年恒星的质量为太阳质量的约8~30倍时,它就有可能最后变为一颗中子星,而质量小于8个太阳的恒星往往只能变化为一颗白矮星。中子星的半径一般只有10–20公里,但它的质量却大于太阳。中子星上的原子被压碎,电子被压缩到了原子核里,成了中子。中子星上1立方厘米的物质达到10亿吨重。中子星的质量如果大于奥本海默-沃尔可夫极限(1.5-3.0倍太阳质量)时,就会继续发生引力坍缩,则无可避免的将产生黑洞。中子星的表面温度超过1000万度,中心温度可达60亿摄氏度。其逃逸速度达到一半光速,以致于光线在它附近也会被弯曲,如果一个70公斤的人掉向中子星,中途不被它巨大的引力撕碎的话,那他撞击的威力将达到二亿吨TNT当量核爆的威力。

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现在有一种猜想,中子星与黑洞之间,还有一种夸克星,是由奇夸克物质组成,目前还没有观测到实体,因此只是一种假设的星体。理论上,奇夸克物质(简称奇物质)是在特别重的中子星里形成的密度极端高的一种物质状态。根据此理论,当构成中子星的中子因为受到本身重力塌陷的高度压缩,个别的中子会因此崩坏,组成中子的夸克会分离开来,进一步转化成奇夸克,也就是“奇物质”。这时的星体就是直接由奇夸克紧密结合在一起所构成的“夸克星”或是“奇物质星”(简称“奇星”),整个星体几乎就是单一的一颗巨大的中子(对比来说,白矮星只是密集的原子核,而中子星就可以看作是一个巨大的原子核或中子团,夸克星就是一个巨大的中子,黑洞就是一个理论上的奇点,体积为0)。以重量和密度来分类,夸克星是介于黑洞和中子星之间,如果再有足够的物质加入夸克星里,它之后会再继续收缩塌陷而成为黑洞。

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光是中子星就已经够不可思议了,偏偏还要添上夸克星和黑洞。中子星还有一个10公里的半径,奇点接近于或等于0,好家伙,这里面却包含着无限的东西,这怎么理解?好,我们的描述到此为止,如果夸克星还可以勉强用现代已知理论描述的话,奇点的描述除了它的密度无限大、体积无限小、曲率无限高、温度无限大之外,就真的无法描述了。

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