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物质的密度有没有极限?
密度,物质,黑洞物质的密度有没有极限?
发布时间:2019-02-08加入收藏来源:互联网点击:
所以就目前而言,不管是史瓦西半径和普朗克长度,都可以说是还在人类物理定律和理论范畴。但人类所有物理定律在黑洞面前都是无用的。都是失效的。所以黑洞用史瓦西半径和普朗克长度衡量对比,二者根本不能做比较,至少目前为止黑洞实际密度是一个迷。
回答于 2019-09-11 08:43:50
先说结论,密度有极限,但极限是多少目前还不能确定。
密度是衡量物体单位体积的质量一种度量,其定义是用物体的质量除以体积。不同物质的密度是不一样的,并且,对金属来说,一般密度越大的价格就越高(不绝对啊)。我们常见的黄金的密度是19.32克/立方厘米,而金属锇,密度约为22.6克/立方厘米,是密度最大的金属。但不管这些元素的密度有多大,组成这些元素的基本单位还是原子,所以,关于密度的极限还是要从这些微观粒子入手。
我们知道,原子是由原子核与电子组成,而那些组织物质的各种元素就是原子不同的排列组合,而这些原子又是通过各种化学键,如离子键、共价键、金属键等组成了我们能感受到的这个世界。原子间的这些化学键是由核外电子通过某些作用机理形成的,并且是有长短的,就是说,组成物质的这些原子之间是有距离的。
如果把原子挤压,让原子一个挨着一个,密度不就会变大吗?确实是的,这个模型接近白矮星的结构了,不过也不是这么简单排列的。白矮星是一种密度非常大的天体,组成白矮星的物质在其表面巨大的压力之下,电子将脱离原子核,成为自由电子,而这些自由电子会尽可能的占据原子核之间的空隙,这样的话就使得单位空间内能够包含更多的物质,可以说,这时的原子核是“沉浸”在电子海洋中,密度大大增加,这种物质状态被称为电子简并态。这种电子简并压力可以与白矮星强大的引力相抗衡,支撑白矮星的稳定结构。白矮星的密度可以达到1000万吨/立方米,一颗太阳质量那么大的白矮星其体积差不多和地球那么大。
比白矮星密度还大的天体大家也不陌生,就是是中子星,如果说白矮星相当于一个大原子的话,中子星就是一个巨大的原子核。白矮星的密度虽然大,但还在正常物质结构能达到的最大密度范围之内,在白矮星上,电子还是电子,原子核也还是原子核,原子结构还算完整。而在中子星上,压力是如此之大,白矮星中的电子简并压也无法承受这巨大的压力,电子被直接压缩到原子核中,同质子中和成为中子,使得整个原子变成仅由中子组成,这时支撑中子星稳定的力就换为中子简并压,使得中子星不至于被进一步压缩。所以中子星可以看做是一个巨大的原子核,而中子星的密度就是相当于原子核的密度,密度约为10^14~10^15克/立方厘米(一立方厘米几亿吨),比起白矮星的几十吨/立方厘米的密度可以说是有了质的飞跃。太阳质量的中子星其体积半径只有十几公里。
其实这也是由于原子与原子核大小相差很大造成的,原子半径一般在10^-10米这各量级,而原子核的半径一般在10^-15米这个量级,原子核体积只占原子体积的几千亿分之一,所以才造成白矮星与中子星的密度相差非常大。
最后,说说黑洞,黑洞的密度问题得看你认为黑洞的大小是从哪里算起,如果以史瓦西半径来计算的话,质量越大的黑洞密度反而越小,比如,仙女座星系中心的黑洞为上亿倍太阳质量,但它的密度和水是差不多的。如果单指黑洞中心那个“奇点”,理论上是密度无限大,但那也是个体积无限小的点,无法用密度的定义去衡量,就像数学中分母为零的情况下一般认为是没有意义的。不过,在大质量恒星形成黑洞的时候是有一定的初始质量与体积的,奥本海默极限,根据这个极限计算出黑洞的密度极限约为每立方米上亿亿吨,是即地球密度的几千万亿倍。补充一点,关于人造物质的最高密度,是在大型强子对撞机中让铅原子核以接近光速对撞,产生的一种新物质形态—夸克-胶子等离子体,这种夸克和胶子构成的致密流体密度高达10^17千克/立方米,这比前面提到的金属锇的密度还要高1万亿倍,甚至比中子星的密度还要高。一些科学家认为这种物质在宇宙诞生之初曾经大量存在。
回答于 2019-09-11 08:43:50
物质的密度有极限。
因为物质在本质上都具有宣示自己存在意愿,所以物质之间的吸引是必然的,引力的方向和大小就自然而然的显示了此引力物质存在的方向和大致距离。因此物质在引力的作用下最终是相互靠近的。物质存在除了以容它空间也就是引力来宣示自己的存在之外,还需要以排它空间也就是斥力来宣示自己的存在,因为没有斥力的话物质就会无限靠近,直到物质融合为一体,融合必然会使物质失去存在的独立性,所以物质为了保持自己的存在,必须拥有拒绝融合的能力也就是斥力。斥力存在于物质系统内的各子系统之间,而且斥力按照子系统由高级但底级或由外到内的顺序逐步变大的,或者说距离能力团的距离越近,斥力就会越大,斥力与距离成反比,当然只有在威胁到物质存在独立性的时候,斥力才会表现出来。
下面我们设想一下物质不断靠近的情况下物质的变化。
在距离一定的情况下,物质的量或者组成物质的能力团越多引力就越大,当物质的量或者组成物质的能力团的量一定的情况下,物质之间的距离越近,引力也就越大。物质之间的引力足够大,且物质之间的距离足够近,这时相互靠近的物质就会威胁到彼此存在的独立性,外部系统的斥力就会表现出来,斥力抵抗引力使得物质之间能够保持足够的距离。当引力大于物质外部系统保持存在的斥力时,各个物质就会在外系统层面融合为一体,这也就意味着外系统的坍缩。引力不再加大,那么物质的系统坍缩也就到此为止。引力不断加大,大到超过了内部系统的斥力,那么引力就会使得内部子系统进一步坍缩。
引力不断加大,物质的子系统就会不断坍缩下去,直到物质组成的最底层——能力团。
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