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如果中子星上一塊體積為1立方釐米的物質軟著陸到地球,會發生什麼?

質子教授說: 中子星是一種由極度壓縮的中子構成的天體,通常形成於超新星爆炸之後。中子星擁有極高的密度和強磁場,…

質子教授說:

中子星是一種由極度壓縮的中子構成的天體,通常形成於超新星爆炸之後。中子星擁有極高的密度和強磁場,是宇宙中最極端的物體之一。如果中子星上一塊體積為1立方釐米的物質軟著陸到地球,會發生什麼呢?這是一個非常有趣的問題,下面我將為您詳細解答。

首先,中子星的密度非常之高,大約為每立方釐米10^14克。這意味著,即使只有1立方釐米的體積,其質量也會非常之大。中子星的重力場也非常強大,甚至可以將光線彎曲。因此,中子星上一塊體積為1立方釐米的物質在著陸時,將產生極強的衝擊力。

當物體從中子星上跌落時,它將以極高的速度進入地球大氣層。當物體穿過大氣層時,會受到空氣摩擦力的作用,導致物體表面的溫度急劇上升。根據計算,當物體的速度超過每秒40公裡時,它將開始發生燃燒,形成一道明亮的火球。當物體落地時,它將產生一個巨大的衝擊波,可能會造成巨大的破壞。

如果中子星上的物質確實可以在地球上軟著陸,那麼這塊物質將成為極為珍貴的研究對象。由於中子星的獨特性質,這塊物質可能會帶來許多有趣的科學發現。例如,中子星上的物質可能具有非常高的密度和強磁場,可能會產生新的物理現象。此外,這塊物質還可能包含一些原子核、中子、電子等基本粒子,這些粒子在中子星的極端環境中可能會呈現出非常不同的行為。因此,如果這塊物質能夠在地球上被分析和研究,將會為我們更深入地了解中子星和宇宙的奧秘提供重要的線索。

然而,由於中子星上的物質非常稀缺且極其昂貴,我們目前還沒有能力將它們帶回地球。即使是小小的一塊物質,也足以讓科學家們為之瘋狂。不過,我們可以通過間接的方式來研究中子星上的物質。例如,通過觀測中子星發射的X射線和伽馬射線,我們可以了解它們的組成和性質。此外,天文學家們還可以通過觀測中子星的引力波信號來了解它們的質量和結構。

總之,如果中子星上一塊體積為1立方釐米的物質軟著陸到地球,將產生極強的衝擊力和巨大的破壞。但如果這塊物質能夠被分析和研究,將會為我們更深入地了解中子星和宇宙的奧秘提供重要的線索。儘管目前我們還沒有能力將中子星上的物質帶回地球,但通過觀測中子星發射的射線和引力波信號,我們仍然可以了解它們的組成和性質。

科學與視界說:

中子星是大質量恆星(8~30倍)在核聚變燃料耗盡後的產物。當恆星核心處的核聚變反應進行到鐵時,由於鐵的核聚變反應會吸收大量熱量,這導致恆星核心的冷卻。這時,核心處的輻射壓再也抵擋不住恆星重力的壓縮。恆星外圍物質極速向內部坍縮,並在核心處撞擊到一起。這就是超新星爆發。

圖:圖片上方的泡泡狀天體就是15000年前超新星爆發的衝擊波,並且
還在極速擴張

超新星爆發會產生鐵以後的元素,並會將外層物質拋灑到太空中,形成星雲。剩下的物質如果質量大於1.44個太陽質量,重力就會將原子外層的電子壓入原子核內部,並與質子形成中子。這就是中子星。中子星依靠中子簡併壓支撐自己的體積不被壓縮。

圖:中子星結構

這時的中子星相當於原子核緊挨著原子核,使其密度非常大。一個典型的中子星有太陽質量的1.35~2.1倍,半徑卻只有10~20千米,而且是質量越大半徑越小。密度達到了每立方釐米8000萬噸~20億噸之間。

這是宇宙中密度最大天體(可能存在的夸克星比中子星密度大),這使得中子星表面的逃逸速度達到了每秒1萬~15萬千米,這樣高的逃逸速度(最快達到了光速的一半),使得中子星物質很難逃離它的表面。除非兩個中子星相撞。

圖:中子星合併

即使是中子星合併時拋灑出去的中子星物質,它也會迅速的衰變成質子,並釋放出電子和反中微子。中子簡併態物質沒有了重力的束縛後,會成為不穩定的自由中子。

人類幾乎沒有辦法產生維持中子簡併態壓力。即使維持住了中子簡併態物質,也沒有什麼器具能夠託舉住它。一立方釐米10億噸左右的重量會使它像炙熱的針穿過奶酪一樣穿過地球。然後在地球中來來回回的穿透透,直到失去動能,停在了地心之中。

火星一號說:

中子星是宇宙中一種十分極端的天體,其物質狀態與眾不同。倘若在中子星上挖出1立方釐米的物質,然後將其置於地球上,這會有怎樣的結果?

中子星的來源

中子星是宇宙中密度最大的天體之一,它們之所以擁有極高的密度,與它們的形成方式有關。中子星的前身是恆星,只不過這種恆星要比太陽重得多,它們的質量為8至20倍太陽質量。這種恆星在消耗完核聚變燃料之後,由於輻射壓不足,它們的核心會劇烈坍縮,導致外層物質向外猛烈爆發,從而產生超新星。

在核心發生引力坍縮的過程中,原子的電子殼層無法抵擋重力,將會被壓碎,形成高密度的電子簡併物質。不過,電子簡併壓力仍然無法抵擋重力,引力會進一步把電子壓縮到原子核中。原子核是由帶正電的質子和電中性的中子組成,進入原子核中的電子就會與質子相結合,形成中子。由於中子簡併壓力足夠強大,能夠抵擋重力,不會繼續發生引力坍縮,結果就產生了主要由中子構成的中子星。

中子星的密度

在中子星中,原子核緊密排列,只是原子核中基本上都是中子。中子星非常緻密,其密度與原子核相當,達到了5×10^17千克/立方米,這相當於太陽平均密度的350萬億倍。

經過超新星爆發之後,前身恆星大量的物質都被拋射到太空中,殘留核心所形成的中子星質量一般為太陽質量的1.4至3倍。但由於強烈的引力坍縮作用,中子星的半徑僅為10至20公裡,而太陽的半徑將近70萬公裡。

把中子星物質放到地球上

如果在中子星上取出1立方釐米的中子簡併物質,那麼,它的質量將會高達5000億公斤,即5億噸。倘若把這塊物質放到地球上,將會出現怎樣的現象呢?地球會被破壞嗎?

中子簡併物質只有在巨大引力下才能存在,而當把它們置於地球上時,由於沒有引力束縛,中子簡併物質將不復存在,它們會變成自由中子。這種粒子是非常不穩定的,它們會發生β衰變:

結果會產生質子、電子以及反中微子。自由中子的半衰期只有10.2分鐘,平均壽命只有14.7分鐘。β衰變所產生的粒子可能會與自由中子相結合,產生氫氣或者其他普通物質,地球本身並不會遭到中子簡併物質的破壞。

想法捕手說:

誠然如以上的一些答主所說,這樣的物質根本無法從中子星分割出來,更無法運送到地球上。但既然題主提出了這樣一個腦洞的問題,我們不妨假想這一小塊兒中子星的物質,在保證其物理特徵不變的情況下,落在地球上會出現怎麼樣的情況?

為什麼我想設想1立方釐米的中子星物質繼續保持原有性質?

我們知道中子星,形成於極端的物理環境之下,巨大引力將物質的電子壓進了原子核之中,使得質子與電子合併為中子。但維持中子星物質的狀態一定得還在巨大的引力之下嗎?不見得。就像黃金是在超新星爆發的極端物理過程中形成的,但爆發過去後,黃金還會主動變成鐵嗎?顯然不會。

而中子星物質也是一樣,極端的物理環境已經改變了它的物理性質,中子星成為了由核力維繫的特殊物質。它的成因和維持這種性質需要的環境是兩個概念,而如何能維持它的性質還從未有過實驗驗證,也沒有專業學術的論文解釋過,但至少不一定還需要與形成時等同的物理環境。

當然,中子星物質離開中子星,也一定會產生一些變化,但並不會就像一些人說的完全轉化為能量爆炸了,然後直接用質能公式E=mc^2來計算其威力。

據我們現在所知,在地球的環境中,中子要轉換為質子和電子,至少是以β衰變的形式來轉換的。而β衰變的半衰期分布在接近10秒到10年的範圍內,中子星物質到底是10秒,還是10年,我們並不知道,我們也並不知道它會衰變為什麼物質。

既然如何,為何不能假設它在短時間內繼續保持呢?

而我喜歡的科普男神——卡爾·薩根——是這樣描述的

一立方釐米的中子星物質,質量大約可達到1億噸到10億噸之間,相當於地球上的一座高大的山峰。如果有這樣一塊兒物質讓它在地球上自由落下,這塊物質會像石頭穿過空氣一樣,毫不費力底穿透地球。從地球的一端直接穿透到另一端,盤旋了一會兒又鑽回地底。

如果地球剛好在這小塊物質下方自轉,那這團中子星物質直至與地球相互摩擦停止之前,會反覆地穿過自轉的地球,為地球留下成千上萬個小洞,而最終停留在地球中心位置。而這時我們的地球內部看起來就會像一個瑞士奶酪一樣千瘡百孔。不過隨後,地下的巖漿和熔巖,會慢慢抹平這些創傷。

雖然,一立方釐米的中子星物質在地球上不可能存在,但更小團的類似中子星的物質在地球上卻隨處可見。因為中子星看起來就像一個大號的原子核,那麼地球上所有物質的原子核都可以看成一個縮小版的中子星。它們隱藏在每一隻老鼠體內,每一口我們呼吸的空氣之中,每一樣美味的食物之中……可怕的中子星能量就潛伏在每一個原子核中。這樣想來,看似可怕的中子星,實際上就是我們司空見慣的的事物罷了。

如果中子星能對應原子核,那黑洞對應什麼呢?

順著這個思路,如果我們不妨繼續腦洞一下,既然中子星可以對應看成一個原子核,那麼中子星進一步坍縮之後的黑洞,能夠對應那種微觀物質呢?我覺得黑洞可以對應成我們日常所說的質子。

質子由三個夸克構成。雖然我們知道了有夸克的存在,但是由於「夸克禁閉」現象,我們無法把它們分離出來,三夸克總是三位一體。

也就是說,我們無法打開質子的內部空間,就好像黑洞一樣,我們知道它有「三毛定理」描述的三個物理量,但卻無法打開黑洞的內部空間。「三個物理量」對應「三個夸克」,而質子空間同樣與黑洞空間一樣對外隔絕。「夸克禁閉」與「事件視界」在某種程度上何其相似。只是質子的電荷力變成了黑洞巨大的引力。

打破思考邊界,中子又能對應什麼?

好啦,我們繼續腦洞。既然質子可以對應成黑洞,那一個中子(一個中子和中子星這樣的一堆中子完全是兩個概念)又可以對應成什麼了?

一個中子同樣由三個夸克構成,只是電荷相互抵消之後呈電中性。而黑洞大家都知道它是由大質量的天體坍縮形成的,而質量等同於能量,所以說黑洞可以看成是把能量壓縮到極致而形成的。能量集中到一點造成的時空扭曲對外表現為巨大的引力。那有沒有什麼東西把它壓縮到極致之後,不會形成巨大的引力呢?

或許它不是一種什麼東西,而是像夸克一樣幾種什麼東西,混合而成。由此,我聯想到了導致宇宙無限膨脹的暗能量。如果把表現為引力的能量與表現為排斥力的暗能量,等比例糅合在一起,壓縮至極致,是不是就可以變成一種既沒有排斥力也沒有引力的奇異超濃縮物。而宇宙中可能存在這樣的東西嗎?或許沒有。但或許這就是宇宙大爆炸之前的那一個奇點。

關於「宇宙奇點」的猜想

任何物質在微小尺度上,必須遵循量子的特徵。

但實際上我們所謂的量子特徵只是基於能量世界的微觀特徵而已,而暗能量世界的微觀特徵是否如此,我們還不得而已,畢竟我們連暗物質是什麼都還無法確定,不是嗎?

但基於能量與暗能量的相反特質,是否可認為「暗量子」(這名字我腦洞的)的特徵一定是抑制「量子不確定性」的某種表現形式。

一個呈「中性」的宇宙奇點。經歷了漫長悠久的歲月(宇宙大爆炸前時間的概念不存在,也可認為只是一瞬)。一天,突然出現了量子隧穿效應。導致平衡的破壞,暗能量的排斥力引起了大爆炸。爆炸產生了「空間」,空間讓暗能量與能量出現了分離的可能,爆炸也讓宇宙有了起點,產生了時間。

如何解釋現今觀察到的宇宙膨脹及物質出現?

大爆炸後,暗能量主導宇宙空間的膨脹,而能量主導空間的收縮。隨著空間的出現及變化就有了時間的概念,時間與空間相互依存,即愛因斯坦所說的「時空」。由於能量具有收縮效應,所以在宇宙小尺度上必然凝聚形成物質,而暗能量具有外溢效應,所以在宇宙大尺度上暗能量必然讓空間膨脹,而越靠「外」膨脹越快。

隨著膨脹,暗能量逐漸稀釋,宇宙膨脹的速度會減慢。宇宙在大爆炸最初的暴脹階段後確實是減慢了膨脹的速度,但由於能量凝聚為物質,宇宙「外延」空間中抗衡暗能量的能量減少了,所以宇宙就又開始加速膨脹。這樣就能解釋宇宙的暴脹到減速再到宇宙現在的膨脹加速現象。

也就是說宇宙膨脹加速,意味著宇宙中新的星系或物質的誕生加速。

這一假設可能存在的問題,以及解決思路。

這個「宇宙奇點」的假想,是基於能量和暗能量平衡推導出來的。也就是說,能量與暗能量的總量必須對等。然而,現在科學界普遍認為宇宙中正常物質只佔4.9%,暗物質佔26.8%,剩下68.3%都屬於暗能量,這正是今年諾貝爾物理學獎得主吉姆·皮布爾斯(James Peebles)發現的。

這樣看來,暗能量的總和遠大於能量(正常物質與暗物質都屬於能量)的總和。難道這個假想就不成立了嗎?不見得。

如果結合弦理論對微觀世界的描述,所有的物質都是由普朗克尺度下的弦振動而產生的。那讓弦振動的能量是那來的?

是否可以這樣認為,剩下的那一部分缺失的能量被鎖在了普朗克尺度之下,而這個尺度下對現有的物理定律都不適用,所以我們無法探測這部分能量,但這些能量能引起弦的震動。

普朗克尺度下,之所以物理定律不適用,極有可能就是弦理論說的捲縮的高維空間,這裡的能量有了高維空間的性質。

而在靠近普朗克尺度的微觀世界,微粒子受到這部分高維能量的影響,才表現出如鬼魅般的「量子不確定性」現象。只有當這些微粒子聚合在一起,受到宏觀「暗量子」的影響,才能穩定為宏觀的確定性。

繼續思考,普朗克尺度下的空間結構與作用

這有點類似黑洞空間的概念。只是黑洞是由於巨大的引力將能量強行鎖進了一個點內。而普朗克尺度下的能量被鎖在彌散的空間內,也就是說被分散鎖在無數的點內,所以沒有表現為巨大的引力,這也許就是真空能,而這些能量只有通過普朗克尺度下弦的震動,才能被重新釋放出來。

而「宇宙微波輻射」與其說是宇宙誕生的餘暉,不如說是被鎖在普朗克尺度下的空間中,還未被用於弦振動的能量。

而如果普朗克尺度下的空間,與黑洞奇點的空間是連通的,那就能衍生另一大猜想:「黑洞」是吸收物質的普朗克尺度下空間的入口,而愛因斯坦場方程預言的「白洞」就是普朗克尺度下空間的出口,但它並不像黑洞一樣集中在某一點,而是彌散在真空中。真空即白洞,而所謂的弦正是在捲縮的高維空間裡加工能量,產生物質重新拋灑進宇宙。

普朗克尺度下的高維空間,就像一個能量中轉站。另外,這一部分能量被鎖在普朗克尺度之下,讓宇宙空間的暗能量佔據主導優勢,使宇宙成為處於持續膨脹的不平衡狀態,抵消「熵增定律」帶來的毀滅結局。同時,有了高維空間與我們認識的宇宙空間的連通,宇宙不再是一個封閉的系統,也能避免「熵增定律」帶來的「熱寂」末日。

如何驗證這一假說?

雖然只是一個大膽的假說,我暫且也提出一些物理性的預言。

由於上面的假說,黑洞與真空之間形成了一種物質的循環系統。我們就能大膽預言黑洞周圍更容易產生新的物質,所以星系中心的超大黑洞周圍總是有許多大質量的恆星環繞。而組成這些恆星的物質,只靠超新星爆發時所噴灑的星塵,是顯然不夠的。

第一,同時根據上面所說,宇宙膨脹的速度與星系(物質)生成的速度成正比。如果我們能夠探測到宇宙中星系的誕生或成長速度,剛好與宇宙膨脹之間存在正比關係,那就能驗證這一假說。

第二,由於能量守恆定律,宇宙中所有的能量總量本應該是不變的。但由於被鎖進普朗克尺度之下的能量無法被檢測,而物質的黑洞吸收與真空釋放都具有隨機性,所以如果能證明宇宙空間中的能量總量會出現浮動性的變化,也能驗證這一假說。

總結

今年諾貝爾獎頒給了宇宙學,於是就腦洞了一下深不可測的宇宙。僅為腦洞探討,不喜勿噴,有其他想法歡迎暢所欲言!

有些關於高維空間的知識並未細說,如想詳細了解,可看一下我專欄《揭秘高維背後的故事》。相信對於理解上面的闡述有所幫助。

歡迎關注@想法捕手,讀科學,聊宇宙。

牛大大chen說:

軟著陸?恐怕沒有相反的外力是做不到的,因為60公斤的人,在天空中自由下落,是以g為加速度加速下落的,同樣,1釐米的中子物質也以g加速落向地球,「軟」不了。

先不考慮軟不軟,假設1立方釐米的中子物質在地球表面上,這個中子小塊周圍的地球物質,由於內部結合力遠小於中子塊的吸引力,所以中子塊會一點一點地把地球吞噬掉。

軟著陸,必須對它施加一個向上的外力,大小為mg(m是中子塊的質量)。

當到達地面解除外力時,這個中子塊立即吸引它周圍的地球物質,併吞噬掉變成它的組成部分,直至把整個地球吞噬掉。

科普軍說:

這可不得了!地球還會存在在,但它絕對是一顆死星。

1立方釐米中子星的小碎片,質量巨大,落在地球上,如同鉛球落入海洋,它將一無阻擋的通過地心,然後在地球的另一端穿出來,然後再被拉入地心,再穿出來。這個過程會持續很久很久。最後由於地球本體的阻力,會靜止在地心。

可要命的是我們的地球在自轉,所以它每次擊穿地球的路徑都不會相同。這使得地球被打擊的千瘡百孔,底殼四分五裂,地心巖漿連片爆發,海洋會蒸發掉。地球由於自身引力不會解體,但是會像湊在一起的一堆碎渣。水蒸氣會變成大氣層新的主宰。地球徹底回到太古代,變成一顆地地道道的死星。

Pls:中子星碎片離開中子星環境,也就不是中子星碎片了,如果是自然行為,這個碎片在奔向地球的時候就已經變成一座大山了,成了彗星撞地球。這也就沒有1立方釐米一說了,所以,樓主指的應該是地外文明的中子武器。

星辰大海路上的種花家說:

如果中子星上一塊體積為1立方釐米的物質軟著陸到地球,會發生什麼?

無論是多少體積的中子星物質都無法帶到地球,不止是因為其質量,還有其失去中子星的超高壓裡環境後物質將成為自由中子,它會在約15分鐘內衰變成一個質子,並且釋放出一個電子和一個反中微子即β衰變,不過比較要命的是在這個過程中會有0.15%的質量虧損,並且遵循E=mc²這個能量釋放過程!

我們來簡單做個計算,1立方釐米的中子星物質有多少質量,然後再來看看這問題有多嚴重!

中子星物質密度:每立方釐米約8^14~10^15克,我們取值8×10^11千克

那麼0.15%的質量虧損是:1200000000KG即:120萬噸左右

那麼E=mc²後是多少焦耳呢?

E=107850621448418116800000000J

約合:1.08×10^26J

地球的引力結合能:2.45X10^32J

看來並不能炸散地球,不過讓地球開膛破肚絕對沒有問題!

簡單的說從它帶到地球上釋放出來之後,我們在地球上在的時間也就15分鐘了!

當然這只是15分鐘之後釋放出的能量而已!而在0-15分鐘之內,發生的事情可就比較有趣了,因為這個1立方釐米的物質超過1億噸,其產生的引力會導致周圍的物質全部向其靠攏,並且地表根本無法支撐其巨大的質量,會逐漸向下塌陷,但速度並不會快,因為包裹了物質也在減低其密度!但最終會壓裂地殼,巖漿噴薄而出!但比較好玩的是中子星物質是軟著陸,這過程中將會包裹大量的空氣,會成為一顆空氣球降落地球!剩下的結果就差不多了!

而在另一個可能中,如果中子星物質直接因壓裡消失而直接擴散的話,這也許會更恐怖,因為這個質量的正常物質的直徑高達十幾千米,突然擴散產生的效果堪比炸彈爆炸,還是一個超大噸位的!

無論是哪種,明顯不會有一個好的結果,毀滅地球的方法千千萬,但請不要是中子星這種死法!

科學認識論說:

雖然是如果,但是我還想說中子星上一立方釐米的物質根本來不到地球呀!

我曾經回答過吃一勺中子星會怎麼樣?要知道中子星這類物質可不是說你想得到就能得到的,中子星的形成相信基本不需要我多說,就是恆星演化末期,造成塌縮。巨大的引力連原子都被破壞了,因此整個星球以中子組成!

那麼問題來了既然中子星是由中子組成,而且是因為中子星巨大的引力才讓這個狀態能夠維持下來,也就是說要想取中子星物質,那麼至少要保證時時刻刻有巨大的引力加持,但是目前人類技術根本做不到這個程度。

如果中子星物質在離開中子星後,那麼這些中子將會潰散,形成自由中子。並不是形成自由中子這麼簡單,因為巨大的引力原因,導致這一立方釐米的物質有著巨大密度,因此質量可能達到幾千億克,隨著潰散的過程中伴隨著質量虧損將放出巨大能量,可能釋放相當於2000億顆廣島原子彈釋放的總能量。

如此大的危險你還想著軟著陸到地球?說實話我還想看看祖國的繁榮發展。。。

優美生態環境保衛者說:

如果中子星上一塊體積為1立方釐米的物質軟著陸到地球,會發生什麼?

中子星是一類威力僅次於黑洞的天體,它們是大質量恆星完成主序期使命之後形成的,它的前身也和其它大多數恆星一樣,依靠著內部的核聚變源源不斷地向四周釋放光和熱,在此過程中積累由氫到鐵眾多元素。由於其巨大的引力,凡是靠近它的天體,都會被撕裂或者引爆,而如果我們從中子星上挖1立方釐米的物質放到地球上,會產生什麼樣的後果呢?

什麼樣的恆星可以演化為中子星

恆星內部之所以能夠進行核聚變,一方面來源於可以為核聚變提供原料的物質,這部分物質是在恆星形成的過程中,逐步從星際空間中的巨大星雲團中吸聚的,其中包含著大量星際氣體和塵埃物質,這些物質隨著越聚越多,為產生核聚變奠定了堅實基礎。另一方面,要有可以觸發核聚變的溫度條件,隨著核心區物質越聚越多,在引力作用之下開始發生坍縮,在此過程中推動內核溫度和壓力的逐步提升,當核心區溫度達到1000萬攝氏度以後,就會觸發最輕物質-氫原子的核聚變臨界,從而形成核聚變反應。

如果這個核心區所吸聚的物質總量不多,達不到產生核聚變的條件,則恆星不會形成,而這個核心最終可能會變為「失敗」的恆星-褐矮星、恆星的行星或者衛星,甚至更低一級的小行星。經科學家測算,那些質量在太陽質量0.08倍以下的星體,不會形成恆星的。在一個恆星系中,其處於絕對核心的中心天體-恆星,所吸聚的星系質量,一般都會達到整個星系的98%以上,就像太陽系,太陽的總質量達到了整個恆星系的99.86%。

恆星內部的核聚變,其開始的標誌就是氫原子的核聚變,4個氫原子核在高溫下聚變形成1個氦原子核,同時釋放出3個光子和相應能量。維持恆星內部核聚變的條件,主要依賴於內部的溫度,而在聚變過程中,隨著輸入性物質總量的不斷減少,其內部溫度也有逐步下降的趨勢,從而通過核聚變向外產生的輻射壓不足以支撐向內的外殼重力作用,引發一定程度的坍縮,在坍縮過程中,恆星外層的物質可以作為核聚變的補充物質來源,同時由於坍縮也進一步加大了內核的溫度和壓力,從而可以維持恆星內部核聚變的持續進行。

如果恆星的總質量較小,那麼,能夠推動恆星核聚變的物質總量是有限的,到最後外部就沒有多餘的物質補充進來,這樣的話,恆星的核聚變就會終止。所以,質量較小的恆星,其核聚變的產物只能堅持到氦,最後形在成紅矮星。而如果恆星的質量越大,輻射壓和外殼重力的平衡作用就會越持久,坍縮作用和恢復核聚變這個拉劇戰的周期也就越長,內核的溫度也就會越高,從而可以推動更重的元素作為核聚變的物質來源,於是在氦之後還可以有碳、氧,比如我們的太陽核心最後可以形成這兩種元素。質量再大一點,聚變的產物還可以依次是氖、鎂、矽、磷、硫等,一直到鐵為止,因為鐵的比結合能最高,一旦形成鐵,則因其聚變釋放的能量要低於需要輸入的能量,恆星核聚變就失去了能量來源,恆星的生命也就走向了盡頭。

在恆星主序期結束以後,如果質量還大於太陽質量的1.44倍時,即達到錢德拉塞卡極限,那麼在前期成為紅超巨星膨脹之後,由於內核聚變程度的下降以及溫度的降低,其向外的輻射壓不足以支撐巨大外殼向內的重力,恆星就會發生大規模的坍縮,以致於將原子核外的電子都壓進原子核中,與質子結合形成中子,最後就演化為中子星

而當恆星質量達到太陽質量3.2倍的奧本海默極限時,連中子之間的簡併壓都不能抵擋重力作用時,就會發生無限坍縮形成黑洞。

中子星的特點

從中子星的上述形成過程,我們可以歸納出中子星所具有的一些主要特點:

  • 極大密度。中子星的質量一般為太陽質量的1.35到2.1倍之間,但由於其巨大的引力作用,使得其體積非常小,其直徑僅為10-20公裡之間,因此密度非常誇張,達到10^11公斤每立方釐米,也就是每立方釐米的質量達到驚人的1億噸,是除黑洞之外密度最大的星體。如果將地球壓縮為中子星的話,其直徑也才20米左右。

  • 極強引力。中子星對外界天體的引力,同樣遵循著萬有引力定律,從中子星的質量與太陽質量對比來看,雖然高出不少,但由於中子星本身體積也非常小,如果將光速定義在星體上的逃逸速度,我們可以計算出中子星的史瓦西半徑為5000米左右,史瓦西半徑越高,則代表其對目標物體的引力越大。通過測算,太陽的史瓦西半徑才3000米左右,地球的還不到1釐米。如果將史瓦西半徑較大的中子星與普通恆星逐漸靠近的話,普通恆星會首先進入中子星的史瓦西半徑範圍,從而被中子星所吞噬。

  • 極高溫度。雖然中子星理論上屬於將要「死去」的恆星,但是一般情況中子星都是通過超新星爆發之後形成的,而超新星爆發時產生的高溫可以達到1000億攝氏度以上,所以中子星在剛形成時的溫度和這個差不多,隨著時間的推移,中子星逐漸冷卻,但是冷卻的時間會相當漫長,所以其內核溫度可以長時間保護在幾十甚至上百億攝氏度之間,表面溫度也會在千萬攝氏度以上。

把1立方釐米的中子星物質放到地球上

要解決這個問題,首先得有技術條件能夠取出來才可以,能夠取出來必須要克服上述中子星的3大特點帶來的困難。如果從溫度上來說,我們倒還可以有能夠承受中子星表面上千萬攝氏度的容器,但是極高密度和極強引力我們就很難加以克服了。

先從超強引力上看,要從中子星上挖取一定量的物質,必須要進入其史瓦西半徑以內,而像太陽這樣大質量的天體,在靠近中子星之時都會被無情地吸入其中,以我們現有的技術手段,哪怕以後相當長的時間內,都沒有可能克服中子星這麼大的引力而不被吸入進去。

再從極大密度上看,雖然我們要挖取的物質體積僅為1立方釐米,但是由於它的極大密度,其質量也會達到1億噸之巨,即使我們可以突破它的超強引力順利到達其表面,那麼要從表面反這1立方釐米的物質挖出,也需要非常非常大的能量輸入。另外,假如我們成功挖取之後,將其運回,又得需要相應的加速、飛速和減速過程,勢必也得需要可以提供超強動力性能的飛船以及巨量的能量。

最後再從中子星組成物質的狀態來看,由於瞬間失去了中子星環境下的極強壓力,那麼組成中子星的中子物質就不會形成緻密的形態,變為自由中子,而自由中子具有較短的半衰期,只能維持10幾分鐘就會因衰變為質子和電子,釋放出大量能量之後煙銷雲散。


所以,理論上我們不可能在這麼短的時間內將中子星的部分組成物質帶回地球,即使帶回地球之後,它的高溫、高壓、高密度特性也不復存在,不會對地球產生什麼影響。

不入流的大劉說:

我並不認同樓上很多大佬的說法!我來說說我的理由!

樓上各位提及的世界毀滅、地球成為死星、人類毀滅等場景都不會發生。

因為:

中子星上的碎片離開了中子星,是什麼?

中子星上的密度特別大,一點點的碎粒就有熱刀切牛油的效果。這個說法本身是沒有問題的。但,大家都忽略了一個場景:

碎片離開中子星的過程。

它不是在離開的一瞬間,穿過了蟲洞來襲擊地球的。

實際上,這樣的物質本就不太容易離開中子星,因為巨大的引力密度,會讓這些無數的碎片越來越緊密,而不容易離開。

那麼機緣巧合下,假設真的離開了,那麼小碎片在長途跋涉之中,會明顯、快速膨脹,密度也會急速下降。對於其他星球的影響也會急速降低。

就以地球為例:2007年,科學家發現了一顆距離地球617光年的中子星。這已經是非常少見,且距離不遠的中子星了。

那麼這樣的碎片要走這麼遠:617光年?在不斷膨脹的過程裡早就灰飛煙滅了,根本到不了地球的。

所以,問題本身也失去了意義。

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作者: 瓦要問答

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