高密度天体质量越大,体积越小,这里面蕴含着什么规律?( 二 )
中子星由中子简并态物质组成
白矮星通过吸积 , 质量进一步加大 , 重力向心压力就会增大 , 电子之间与原子核的空间就会进一步被压缩 , 天体体积就会进一步缩小 。
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当白矮星质量到达太阳的1.44倍 , 就到了压垮电子简并压的临界点 , 科学术语叫“钱德拉塞卡极限” 。 在这种重力压力下 , 电子简并压就无法支撑强大的重力压力了 , 整个原子就完全被压碎压垮了 , 原子核与电子之间就再也没有空隙了 。
带负电荷的电子被压缩进了原子核里面 , 与带正电荷的质子中和变成了中子 , 整个原子核就都变成了中子 , 而且整个星球都成为一个大中子核组成的星球 , 这样这个星球就成为了中子星 。
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中子星由中子简并态物质组成 , 整个星球(物质)完全依靠中子与中子之间的排斥力支撑着 , 这个支撑间隙就极小了 , 星球密度达到原子核密度甚至更高 , 达到1~20亿吨/cm^3 , 这样中子星的半径就只有10km左右了 。
简并压层次越深入质量越大 , 体积越小
从白矮星和中子星的质量和体积 , 我们可以看出电子简并压支撑的物质空间比中子简并压支撑的空间要大多了 , 但支撑力量就比中子简并压小多了 。 理论上夸克简并压比中子简并压的支撑力量更大 , 物质密度也将更大 。 但迄今为止科学家们还没有发现夸克星的存在 。
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当引力压力再大 , 也就是中子星达到约3个太阳质量左右时 , 又到了一个临界点 , 科学术语叫做“奥本海默极限” 。
到达这个极限 , 中子简并压或者说夸克简并压也支撑不住引力压了 , 物质将进一步坍缩 , 这次就会将中子乃至夸克都全部压碎 , 物质再也不以我们能够认识的粒子形态存在了 , 而天体体积会坍缩成无限小的一个奇点 , 这就是黑洞 。
黑洞实体是奇点 , 具有无限小体积
理论上 , 黑洞就是由中心一个无限小的奇点 , 以及围绕着奇点形成的球状史瓦西半径(事件视界)组成的 。 现代科学无法解释奇点是什么 , 主流科学家们认为那里是时空的终结点 , 是超时空的东西 , 也就是说不是我们世界能够理解的事物了 。
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我们对黑洞的观测 , 只能从其质量形成的史瓦西半径来了解 。 史瓦西半径就是任何有质量物体都存在的一个临界半径 , 在极其强大的压力下 , 物质全部质量就会坍缩进这样一个半径里面 , 从而形成一个奇异空间 , 核心是一个可视为无体积的奇点 , 周围与质量成正比形成一个球状空间 , 这个球状空间的半径就叫史瓦西半径 。
史瓦西半径计算公式为:R=2MG/C^2 。 根据公式计算 , 我们可得出太阳的史瓦西半径约2952米 , 地球史瓦西半径约9毫米 。 所有的黑洞史瓦西半径与其质量成正比 , 并呈现线性关系 。
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宇宙中发现最小的黑洞在3倍太阳质量以上 , 其史瓦西半径约为8856米;已知最大黑洞编号为SDSSJ073739.96+384413.2 , 质量为太阳的1040亿倍 , 其史瓦西半径约为3070亿公里 。
史瓦西半径是质量形成的绝对曲率(引力)控制范围 , 任何物质进入这个区域 , 都将有去无回 , 连光速也无法逃逸 。 这就是致密天体质量越大体积越小的原因 。
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