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白矮星密度(白矮星中子星物质已经不能用元素解释，那么黑洞里面还有物质吗？)

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发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：

本文完全是借题发挥，基于网友提出这样一个问题：黑洞的密度无限大，那么黑洞会是什么元素组成的？塌缩的铁会形成新元素吗？

其实这个问题表述不是很准确。

黑洞密度无限大只是指黑洞中心的奇点。

现在人们认识黑洞一般把黑洞史瓦西半径包括在内。

黑洞奇点无穷小，但史瓦西半径是有一定尺度的。

这个半径与质量成正比，质量越大，史瓦西半径就越大。

计算公式为：R=2GM/C²

式中，R为史瓦西半径，G为引力常数（6.67x10^-11N·m²/kg²），M为质量，C为光速。

但黑洞所有质量是集中在奇点上。

这个奇点体积无限小，无限小的东西使我们无法认知的东西。哪怕这个黑洞质量只有1克，其密度也是无限大的，因为无限小的体积无法测算密度。

既然物质在无穷小的体积里，任何我们认知的元素都不存在。

我们认知的物质都是由原子组成，元素也是有原子组成。

我们人类能够认知的最小尺度是普朗克尺度，也就是1.6×10^-35米。电子直径为10^-15米，普朗克尺度比电子小20个数量级，也就是小1万亿亿倍。

量子力学认为，小于普朗克尺度对于我们世界没有任何意义。

但奇点无限小，就是比这个还要小，不知小多少。

而黑洞的所有质量都在这个奇点里，这样的物质现有任何理论都无法描述。

事实上，到了白矮星，物质就不是由我们认知的元素组成了。

白矮星是太阳的归宿，一般认为，0.5倍以上到8倍以下太阳质量的恒星，死亡后就会留下一个白矮星，因此白矮星是这类恒星的尸骸。

白矮星上的物质非常至密，原子被压扁压破，一些核外电子成了自由电子，但还基本保持了原子的状态，依靠电子简并压支撑着引力压力，所以又叫做电子简并态物质。

何谓电子简并压？就是根据泡利不相容原理，在费米子组成的系统中，不能有两个或两个以上的粒子处于完全相同的状态。

这样电子之间就形成了一种无法相容的压差，靠这个支撑着不继续塌陷。

白矮星物质密度达到每立方厘米1~10吨，已经不是我们认识的任何一种元素了。

这种至密物质的星球引力很强大，一般天体，也就是恒星、行星、星际物质靠近它都会被拉扯撕碎吃掉。

随着白矮星不断的吞噬周边天体物质，也就是吸积，质量达到钱德拉塞卡极限，也就是太阳的1.44倍时，电子简并压就承受不住身体的压力了，就会继续塌缩，巨大能量引发突发碳、氧核聚变，热失控导致la超新星爆发。

白矮星爆发的结果很可能形成一颗中子星。

因此钱德拉塞卡极限既是白矮星的上限，也是中子星的下限。

中子星的压力已经将原子压垮压碎了，电子被压进了原子核，与质子中和成为中子，加上原来的中子，整个星球都变成了一个大中子核。

中子星很小，1.44倍太阳质量以上的半径只有10公里大小，因此物质就更极端至密了，其密度达到每立方厘米10亿吨左右，这种物质还能够算得上我们认知的任何元素吗？

中子星是依靠中子简并压支撑着巨大的引力压，但有一个奥本海默极限，就是到达3个太阳质量左右时，就撑不住了，必然坍缩成一个黑洞。

恒星形成中子星或黑洞并不一定要一级一级转变过来，如果恒星巨大，在演化晚期就会直接转变成中子星或者黑洞。

大质量恒星发生超新星大爆炸直接生成中子星或黑洞。

一般认为8倍以上太阳质量的恒星超新星大爆发后，会留下一个中子星；30~40倍太阳质量以上的恒星大爆炸后会留下一个黑洞。

从中我们可以发现，超新星大爆炸是把绝大部分物质都通过爆发抛散到了太空，剩下的核心很小很小。

中子星在3倍太阳质量以下，而一个40倍太阳质量的恒星，生成的黑洞一般只有4倍左右的太阳质量。

也有巨大的恒星由于中心温度太高，会产生足量的反物质，大爆炸后灰飞烟灭，什么也不会留下。

大质量恒星演化末期，都是完成了从氢核聚变开始，一级一级核聚变，到达铁元素就无法进行下去了。

超新星大爆发前原恒星中心都是一个铁核。

大质量恒星都是一级一级不断的发生核聚变，从氢核聚变开始，顺着元素周期表从轻到重不断升级，每升一级所需要的的温度和压力就更高。

但到了铁元素这一关，就过去去了。

这是因为铁元素是最稳定的元素，不管是核裂变还是核聚变都不会产生能量形成自发的链式反应，而是要消耗更多的能量。恒星在演化后期根本没有能量来激发铁核聚变。

这样大质量恒星核心到此核聚变就进行不下去了。

在整个恒星主序星阶段，恒星的稳定都是依靠中心核聚变的辐射压来抵御质量的引力压，没有了核聚变辐射压，恒星引力压导致物质急剧向核心坍缩，导致核心崩溃，热核失控导致巨大能量爆发。

这就是超新星爆发。爆发的结果，根据中心留下至密天体的质量不同，形成一个中子星或者一个黑洞。

有人问，中心那个铁核呢？当然也被炸得粉碎了。

超新星爆发的能量巨大，一颗超新星爆发至少相当于太阳一生100亿年辐射能量的总和，2015年发现的ASASSN-15lh超新星爆发，是迄今最强烈的超新星爆发，瞬间亮度达到太阳的5700亿倍。

超新星爆发的温度可达100~1000亿度。

在这样巨大能量高温高压下，还有什么物质练不出来呢？那个顽固的铁核当然也不例外，瞬间聚变成了更重的元素。

在宇宙诞生初期，只有氢、氦、锂等轻元素存在，是恒星核聚变和超新星大爆炸，才使我们这个世界的元素渐渐多起来，但总量不到1%。

而现在宇宙中人类已经发现存在118种元素，这些元素的所有重元素，都是恒星通过核聚变和超新星大爆炸得来的。

这些元素无法与极端天体相提并论。

人类已知的118种元素中，密度最大的元素为金属锇，每立方厘米22.8克。

白矮星物质密度每立方厘米达到10吨左右，中子星物质密度每立方厘米达到10亿吨！

这种密度与我们已知元素完全不在一个量级上，是真正的天壤之别。

刘慈欣《三体》小说中三体人派出的水滴，就相当于中子星密度，因此光滑无比，一个原子都难以隆起。

这种物质虽然我们目前无法看到，但还在我们的理论认知范围之内。

而黑洞奇点，已经不是中子被压碎那么简单的事情了，物质状态超出我们的认知，是超时空的东西，人类又怎么能够窥视其中的奥秘呢？

结论：黑洞的组成已经不是我们认知的元素，铁在高温高压下能够聚变出更重的元素，但“塌缩”描述不准确。

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本文到此结束，希望对大家有所帮助呢。