中子星物質已經很難用元素詮釋,那麼黑洞裡面到底是什麼物質?

黑洞,是宇宙中最詭異的天體,通常是大質量恒星死亡後的產物,也就是恒星的「墳墓」。

很多人認為黑洞的密度無限大,這種說法並不嚴謹。所謂的「無限大」只是黑洞中心的奇點,並不是指黑洞本身。

黑洞都有事件視界,事件視界是時空的分界線,任何物體一旦越過事件視界就會被黑洞完全吞噬。黑洞的事件視界會組成一個球面,這個球面通常會被認為「黑洞」。

這個事件視界其實就是黑洞的史瓦西半徑,公式為:R=2GM/C²,其中R就是史瓦西半徑,M質量,G是引力常數,C光速。可以這樣通俗理解:逃逸速度等于光速時計算出的R就是一個天體的史瓦西半徑。而想要逃出黑洞事件視界,需要超光速才可以,但宇宙的速度極限就是光速。

那麼黑洞裡面到底是一個什麼狀態呢?尤其是奇點,到底是由什麼組成的呢?

我們都知道,萬物都是由原子構成的,而原子又是由原子核(質子中子)和電子構成。

但是原子仍舊可以被壓縮。比如說我們的太陽最終會變成白矮星,白矮星就是太陽死亡過程中向內急劇坍縮形成的。白矮星密度非常高,組成白矮星的物質已經完全不能用元素週期表裡的元素解釋了。

通常情況下,質量在三個太陽以下的恒星死亡之後會成為白矮星,比如我們的太陽在50億年之後就會開始向白矮星演化。

白矮星物質密度非常高,原子被壓縮得很厲害,但電子仍舊沒有被壓縮到原子核上,依靠著「電子簡並壓」支撐著。

何為「電子簡並壓」?簡單講,兩個或者兩個一樣的費米子(組成物質的基本粒子)不能處于同等狀態(比如說電子,不能處于同一個軌道),這就是泡利不相容原理。

這種不相容決定了費米子之間會出現無法相容的壓差,白矮星內部就靠壓差支撐著,不會繼續向內塌陷。

但即便是這樣,白矮星密度已經高得嚇人了,每立方公分可以達到數噸,比如今已知的任何元素都要高得多。

密度如此之大,意味著白矮星會吞噬靠近的物體,比如說經常會吞噬附近的恒星,然後質量不斷增加,達到一定程度(錢德拉塞卡極限,1.44倍太陽質量),即便是電子簡並壓也無法抵抗巨大的引力。此時白矮星物質會繼續向內坍縮,引發聚變,最終電子被壓縮到原子核,與質子結合形成中子,一顆中子星就誕生了。

中子星的密度比白矮星要大得多,每立方公分達到十億噸,簡直無法想象!

中子星引力巨大,但它並沒有因為巨大的引力繼續向內坍縮,這是因為中子簡並壓(與電子簡並壓類似)與強大的引力保持平衡。但如果中子星質量增大,達到奧本海默極限(三個太陽質量以上),中子簡並壓再也地方不住引力,中子星就會繼續向內塌陷。

于是,黑洞便誕生了!

這裡需要強調一下,黑洞並不一定非得是中子星產生的,如果一個恒星質量巨大(通常達到8倍太陽質量),恒星在死亡之後也會坍縮為一個黑洞。

恒星在氫燃料耗盡之後,核心會繼續發生聚變,氦聚變,然後是碳,氧等。大質量恒星甚至能一直聚變到鐵元素,然後就停止了。

由于鐵元素是最穩定的元素,別鐵更輕的元素聚變時都會釋放能量,而鐵元素要發生聚變必須吸收能量才可以。

超大質量恒星在向內坍縮的過程中會產生巨大能量,讓鐵元素繼續聚變成更重的元素,然後發生劇烈爆炸,這就是所謂的超新星爆發。

超新星爆發的過程中,把外層物質噴灑到浩瀚星際空間,成為下一代恒星行星的原材料,最後剩下一個黑洞或者中子星。

超新星爆發非常劇烈,是僅次于宇宙大爆炸的猛烈宇宙事件,如果在100光年內發生超新星爆發事件,地球會瞬間被摧毀。

話說回來,中子星物質的密度已經大得讓我們無法描述了,那麼組成黑洞奇點的物質到底是什麼呢?

目前或許只能用科幻的思想加以描述了,甚至不能用「物質」來描述。

想想看,把中子星裡面的中子也完全碾碎了,壓縮成體積無限小的奇點,這本身就超出了我們的認知。

即便是在數學領域,「無限」這個概念也帶給人類很多不解,曾經製造了三次數學危機,直到目前也沒能完全解除危機。

而有黑洞的事件視界是時空的分界線,意味著黑洞內部肯定不再是我們熟知的時空,或許就是傳說中的「超時空」,那裡也很可能隱藏著我們夢寐以求的終極奧秘!


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