1厘米大的中子星多重:14亿吨——100个科学问题之14

海云青飞 20190612

英语 neutron star 翻译成中文就是中子星。恒星演化到末期的时候,经由引力坍缩发生超新星爆炸之后,可能演变成中子星

怎么理解中子星的重量?一颗典型的中子星质量介于太阳质量的1.35到2.1倍,中子星的半径则在10至20公里之间(质量越大半径收缩得越小),也就是太阳半径的30,000至70,000分之一,因此,中子星的密度在每立方公分 8×10^13 克至2×10^15 克间,此密度大约是原子核的密度

中子星可以近似地理解为极为巨大的 “中子”

14 有人说中子星上每一立方厘米的物质重达十亿多吨,这怎么可能呢?

《你知道吗?——现代科学中的100个问题》

阿西莫夫著 暴永宁等译 碧声扫 https://www.tuenhai.com 整理

一个原子的直径,大体上说,约为10^-8厘米。在普通的固体和液体中,原子与原子之间靠得很近,实际上是相互接触的。因此,普通固体和普通液体的密度取决于以下三个因素:

  • 一是原子的大小
  • 二是原子在其中的密集程度
  • 三是单个原子的重量

在普通的固体当中,密度最小的是固态氢,它的密度是每立方厘米0.076克。密度最大的是稀有金属锇,它的密度为每立方厘米22.48克

如果原子是一个不可压缩的固态小球,那么锇应当是所有物质当中密度最大的了。这样,一立方厘米物质的重量绝不可能超过一公斤,当然就更谈不上会有几吨重了

但是原子并不是固态的,新西兰出生的物理学家卢瑟福早在1909年就曾经证明,原子中的大部分空间是空的。原子的外围只含有非常轻的电子,原子的99.9%的质量都集中在其中心的原子核内

原子核的直径约为10^-13厘米(或者说约为原子本身直径的1/100,000)。如果一团物质中的原子能被很紧很紧地挤压到一起,以致其中的电子都被推开,原子核被迫相互接触,那么,这团物质的直径就会缩小到只有原来直径的1/100,000

如果我们的地球被压缩成为一团原子核,其中的所有物质就将被挤压成一个直径只有128米的球体。太阳如果也受到这样的挤压,它将成为一个直径只有13.92公里的球体。如果宇宙的全部已知物质都被转换为相互接触的原子核,那么,它们将会成为一个直径为几亿公里的球体,可以绰绰有余地纳入太阳系的小行星带中

恒星中心的热和压力能够破坏原子的结构并使原子核开始挤压到一起。太阳中心的密度要比锇原子的密度大得多,但是其中的一个个原子核仍然可以不受阻碍地自由运动,其中的物质仍然呈气体状态。有一些恒星却几乎完全由这样一些已被破坏的原子所组成。例如,天狼星的伴星就是一颗并不比天王星大的“白矮星”,但是它的质量却和太阳一样大

原子核是由质子和中子组成。所有质子都带有正电荷并会相互排斥,因此不可能把一百个以上的质子集合在一处。然而中子是不带电荷的,在适当的条件下,无数中子能够积聚在一起而形成一颗中子星。人们认为脉冲星就是这样的中子星

如果太阳一旦变为一颗中子星,它的全部质量将会被挤压成一个直径只有现有直径的1/100,000的球体,或者说将成为一个体积只有现有体积的1/1,000,000,000,000,000的球体。这样一来,它的密度将会是其现在密度的1,000,000,000,000,000倍

太阳目前的总密度是每立方厘米1.4克。如果它一旦变为中子星,它的密度就将成为每立方厘米重1,400,000,000,000,000,000克

这就等于说,中子星上的每一立方厘米物质重达1,400,000,000,000吨(14亿吨)

阿西莫夫《你知道吗?--现代科学中的一百个问题》科学普及出版社 1984年

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