高密度天体质量越大，体积越小，这里面蕴含着什么规律？如果我们研究宇宙天体

如果我们研究宇宙天体，会发现质量越大的体积越小，这是为什么呢？
都是万有引力惹的祸
其实其中的道理并不复杂，说穿了很简单，就是万有引力在里面起作用。因为质量越大的天体，引力越大，形成的重力向心压力就越大，物质就会被压缩得更紧密，这样体积相对质量就会更小了。

文章图片
【高密度天体质量越大，体积越小，这里面蕴含着什么规律？】尤其是白矮星、中子星、黑洞等高致密天体，表现得更为显著。其实从白矮星开始，组成这些高密度天体的物质就不是我们通常认识的元素了，而是物质的第六态，也就是除了气态、液态、固态、等离子态、波色-爱因斯坦凝聚态等五态，增加的物质形态~简并态物质。

文章图片
简并态物质又有电子简并态和中子简并态两种，可能还有夸克简并态，但迄今没有发现。
何谓简并压呢？
这就得了解一下量子力学泡利不相容原理了。这个原理是美籍奥地利物理学家沃尔夫冈·泡利发现并创立的，是微观粒子运动基本规律之一。这个理论的内核是，在费米子系统中，不能有两个或以上的粒子处于完全相同状态，通俗的理解就是不能无隙缝地挤在一起。

文章图片
我们世界有两种性质的粒子，一种是玻色子，指自旋量子数为整数的粒子，如光子、胶子、介子等；另一种就是费米子，是指自旋量子数为半奇数的粒子，包括电子、质子、中子、夸克等。玻色子粒子没有泡利不相容现象，只有费米子粒子遵循泡利不相容原理。

文章图片
费米子粒子对自己同伴具有排他性，它们不能占据空间站同一个位置，靠拢了就会像小孩子玩游戏相互推搡，排斥别人与自己靠近，靠得越紧，排斥力就越大，这种推搡排斥的力就叫简并压。
简并压不是已知四种基本力中的任何一种，四种基本力的作用机制都是依靠相互交换媒介，简并压只发生在全同粒子之间，不涉及任何力，本质上是一种波函数的干涉效应，有点像分子热运动，温度升高体积就膨大。

文章图片
简并压越到原子内部深层次，粒子间隙就越小，表现出来的排斥力就越大，但因此密度就会越来越大。
白矮星是电子简并态物质
这种物质就是依靠电子简并压抵御重力向心压，维持一个平衡，让白矮星保持星体形状。电子简并压是遵循泡利不相容原理中，分子轨道中一个原子轨道只能容纳两个自旋方向相反的电子。轨道能级越低，电子距离原子核就越近，简并压就越大。
当万有引力将电子与原子核之间的距离压缩到很近时，低能级轨道就挤满了电子，相互靠近的电子就会产生强大排斥力，阻止物质体积进一步缩小。

文章图片
电子简并态物质，是一种虽然原子外壳被挤破，电子已经被压缩到极低轨道，但依然没有触动原子核。这些原子核漂移在电子海洋中，还保持着原子特性。因此白矮星的体积就还有地球这么大，质量却和一颗太阳差不多，密度达到1~10吨/cm^3 。
当值简并压的支撑力度只能抵抗1个太阳质量左右的重力压力，到达太阳质量1.44倍时就会被压垮了。