本文是基于有同学邀请时空通讯回答:如果中子星密度无比巨大,成为比黑洞威力更大的天体,人类如何应付?
这个问题虽然很奇怪,也没有任何科学内涵和逻辑,但还是觉得有澄清的必要,以免大家被误导。我们科普作者的使命就是宣传科学知识,去伪存真,揭假还本,因而觉得有必要对这样一个假命题来剖析一番。
宇宙中最极端的天体是黑洞,黑洞可以吞噬接近它、闯入它势力范围的一切物质,迄今为止并没有发现比黑洞更大威力的物体出现。中子星密度虽然很大,但与黑洞比起来是小巫见大巫。
中子星是大于8倍太阳质量的恒星死亡后的尸骸,其前身恒星死亡前的质量一般不会超过30倍太阳质量,而中子星本身的质量受到奥本海默极限的限制,在3.2个太阳质量左右,超过这个质量就会继续塌缩成一个黑洞。
有研究认为,不旋转中子星的奥本海默极限为2.16个太阳质量,超过这个质量就会继续坍缩为黑洞。但不旋转的中子星迄今为止尚未发现,凡是发现的中子星又叫脉冲星,就是因为它们高速旋转,其能量射线会有规律的扫过地球。
中子星的密度极大,1.44~3个太阳质量会浓缩成10~30公里半径左右,而太阳半径有69.6万千米,稍有数理逻辑的脑袋想一想也能够感受到这种沉重。中子星上面的物质密度达到每立方厘米1~20亿吨,也就是说全世界70亿人在中子星上会被压缩到1立方厘米以内。
这种极端密度当然会导致极端的重力,中子星表面重力达到地球的万亿倍,逃逸速度达到光速的一半,也就是15万千米/秒以上,这样任何靠近中子星的恒星都难逃厄运,只要在它引力的势力范围,都将被它撕碎吞噬,并在吞噬中不断地壮大自己。
但中子星不管怎样极端,各种指标还是可衡量的,有限制的,比如上述的密度、重力、逃逸速度等都是可计算有限制的。中子星只是黑洞的一个下级天体,而中子星的上级还有可能还存在夸克星,只是目前没发现,不做定论。
黑洞要大于太阳质量30倍的恒星死亡后才有可能形成,在黑洞面前,中子星完全是一个小儿科。因为最小质量的黑洞都比最大的中子星要大,而中子星超过了奥本海默极限才会变成黑洞。
这种变化没有逆反过程,只有不断地升级,黑洞就是这种升级地顶端。
黑洞之所以成为黑洞,是天体质量在无限压力下的坍缩。这个无限在宇宙中只能够用在黑洞或奇点身上,除此之外,一切都是有限的,包括宇宙范围。中子星虽然很小,但其体积远远没有压缩到其史瓦西半径以内。
任何物体都有一个质量的史瓦西半径,计算的公式就是:Rs=2GM/c^2
Rs为天体的史瓦西半径,G为万有引力常数(G=6.67×10N·m/kg),M为天体的质量,c为光速。
任何物体一旦在极端压力下龟缩进了自己的史瓦西半径,就成了一个黑洞,在这个史瓦西半径内的引力就会变得无限大,逃逸速度就再也不是一半光速,而是大于光速,因此黑洞连光也无法逃逸,也就是这个宇宙任何东西都无法逃脱黑洞的控制,包括中子星。
根据计算,太阳的史瓦西半径只有约3000米,地球的史瓦西半径只有9毫米。而一个中子星如果有太阳质量的1.44倍,半径却有10千米以上,这比起史瓦西半径大多了。只有当这个中子星半径压缩到4.32千米以下时,就会成为一个黑洞,在4.32千米半径这个势力范围,就天下无敌。
而且黑洞实体本身并没有史瓦西半径那么大,而是中心一个无限小的奇点,史瓦西半径只是其无限曲率影响的一个范围。因此任何物体一旦压缩到了自己的史瓦西半径以内,就会无限坍缩到中心奇点上,这个奇点已经不是我们世界可以理解的东西,而是一个超时空没有体积的东西,这不是瞎说,是卡尔·史瓦西1916年发现的,是对爱因斯坦广义相对论引力场论的精确解。
由于黑洞奇点的无限小,因此其引力曲率、密度、温度都无法衡量,都是无限的。
在宇宙中还有比黑洞威力更大的天体吗?不知道,科学的态度是凡事都要讲证据,目前没有任何理论依据和证据表明有比黑洞更极端的天体出现。但今后即便真有这样的天体出现,也绝不会是中子星,中子星是已知可衡量的一种天体。
就是这样,欢迎讨论。
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