中子星的密度就是原子核的密度?為什麼地球還沒坍縮成中子星?

地球 沃爾夫岡·泡利 亞瑟·愛丁頓 黑洞 星辰大海路上的種花家 2019-06-15

其實中子星密度也沒什麼好稀奇的,假如按中子星的門檻計算密度的話,不過就是和原子核的密度差不多!而原子核就是物質世界中最小組成部分原子的核心而已,去掉了核外電子,剩下的就是原子核!

一、中子星是怎麼形成的?

這得從自然界的基本作用力開始說起,已知的四種基本作用力是引力、電磁力、弱力和強力!

中子星的密度就是原子核的密度?為什麼地球還沒坍縮成中子星?

這幾種作用力中能對抗壓縮的是電磁力和強力,氣體可以被壓縮是因為分子間隙比較大!但固體很難壓縮,因為原子與原子之間的間隙非常小,能對抗壓縮的是結構支撐與核外電子之間的斥力,當然這都是電磁力所提供!但引力是一種源源不斷並且可以無限疊加的作用力,當物質的質量增加到電子之間斥力(同性負電荷)難以對抗時就會被壓縮到原子核附近!

1.電子的電磁力斥力為主的對抗階段

2.電子簡併力為主的對抗階段

在壓縮初期,比如地核中心的物質(密度大約為水的100倍),或者太陽核心處的物質(密度大約為水的150倍),此時仍然是電磁力的斥力抗衡階段,因此密度變化範圍是比較大的!

1、白矮星階段

當質量無限增加後,就會將以斥力為對抗的電子壓縮到去無可去時即達到了白矮星的標準,此時對抗引力進一步坍縮的是電子簡併作用力,這並不是一種力,而是泡利不相容原理所致,即同一原子中不可能有兩個電子可以擁有完全相同的量子態!

中子星的密度就是原子核的密度?為什麼地球還沒坍縮成中子星?

2、中子星階段

即便是是泡利不相容那無法存在完全一致量子態的電子簡併力,也是有極限的,而無限增加的質量將會壓垮這個結構,而這個質量極限就是穩定白矮星的質量上限:錢德拉塞卡極限,此時電子簡併力再也無法對抗引力坍縮,進入了原子核與正電荷的質子中和成了中子,從理論上來看物質就成了中子的海洋,中子星門檻的密度跟原子核密度幾乎就是一致的!差不多就是無數原子核聚集在一起的概念,只是沒有質子的概念!

中子星的密度就是原子核的密度?為什麼地球還沒坍縮成中子星?

當然繼續往下還有夸克星和黑洞,跟壓垮電子簡併力的引力坍縮一樣,仍然會有一個壓垮中子簡併力的質量極限,還有壓垮夸克的質量極限,最終就是坍縮向不可逆的黑洞!

二、中子星有什麼可以拿出來說道的特點?

1、密度大約為為1×10^14克-10^15克/立方厘米,

2、脈衝星和磁星都屬於中子星,其中脈衝星是其磁極與自轉軸不一致導致,

3、地球壓縮到中子星的話大約只有22M直徑,

4、黃金大都來自中子星合併,

5、中子星的逃逸速度約為:10-15萬千米/秒,即光速的1/3-1/2左右。

……

三、為什麼太陽還沒坍縮成中子星?

中子星的密度就是原子核的密度?為什麼地球還沒坍縮成中子星?

其實與引力坍縮能對抗的還有輻射壓,即內核聚變產生的能量向外殼傳播的過程,會產生輻射壓,這個將和引力坍縮能對抗,避免恆星過早的坍縮成終極天體,不過以太陽的質量,未來也只能坍縮成白矮星,遠未達到中子星的標準!當然這個輻射壓與引力坍縮能相比有一個極限,是恆星質量的上限,這是英國天文學家亞瑟·斯坦利·愛丁頓發現的,即:自然界密實物體的發光強度極限;那麼地球呢?行星不會發光,沒有輻射壓,是否更容易坍縮?其實更遙遠了,地核內部的密度只有水的100倍,而這已經是極限了,未來不可能更高,簡單的說地球這點引力坍縮的力量連電子之間的斥力都無法克服!

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