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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:
回答于 2019-09-11 08:43:50
这个问题问道太笼统,需要分类才能够回答。如下:
一、在不改变物质种类的前提下,密度有极限吗?
这种情况下,物质的密度是有极限的。我们都知道,物质由分子组成,分子有原子组成。物质之所以能够被压缩,很大原因就是组成物质的分子之间存在空隙。比如气体分子,它们之间的空隙就很大。如果加压,使得他们的分子相互靠近,那么他们就会变成液体,比如氮气。而且,即便是在致密的物体,分子之间都存在间隙。所以万事万物都具有可压缩性。
但具有可压缩性并不代表物种可以无限压缩。当分子相互已经靠的很近了,那么我们就很难再进一步压缩了。在压缩就只能够破坏分子的电子轨道,使得分子之间的外层电子相互贡献,变成类似于白矮星的存在。此时,物质以及没有完成的原子和分子了,物质以及变质了。所以,这种情况下考量,物质最多就是刚好压缩到分子轨道即将变形为止,此时也是密度极限。
二、不管物质的原子是否改变,此时密度有极限吗?
从上面的分析可以看出,物质再进一步压缩,分子的外层轨道就会被破坏,电子会被共享,产生电子简并压力来低于压力。但是,此时如果再增加压力,那么电子就会直接进入原子核和质子结合,形成中子。这就是中子星的由来,此时物质变成了中子组成。由于中子体积极小,那么此时组成物质的中子会紧密排列。
如果再给中子星加压,那么就会产生黑洞。黑洞我们都知道,属于密度极大,体积极小的天体。而黑洞的密度也是无极限的,所以,此中情况可以说密度无限。
回答于 2019-09-11 08:43:50
密度无极限,奇点就是密度无限大,因此是无限的。
目前认知的奇点有两种,一种是宇宙大爆炸前的奇点,一种是黑洞中心的奇点。这两种奇点的共性就是体积无限小,密度无限大,时空曲率无限大。这后面几个无限,完全是前面那个体积无限小引申出来的。我们想想,既然一个没有办法衡量体积的东西,小到无的东西,即使里面只有一个质子,也会压缩成无限密度了。
所以密度是无限的。但地球上所有物质都是有限的,因为只要在地球上,就没有办法达到那么高的压力。而且在宇宙中除了奇点,密度也都是有限的。
我们常见的物质都是有密度的,物质的密度比较实际上就是同体积所包含质量的多少。
气体密度是最小的。比如空气,密度为每立方米1.293公斤,也就是每立方厘米0.001293克;而氢每立方米只有0.08342公斤,每立方厘米就只有0.00008342克。
液体比气体密度要大一些。比如水每立方米为1吨,每立方厘米(毫升)为1克,1升水1000毫升,就是1公斤。所以一般把水的密度称为1。所有物质密度都可以看作是水的比例,所以又称为比重。
汽油为0.7,就是同等体积的汽油相当于水质量的70%;酒精为0.79,就是1000毫升100%的酒精只有0.79公斤。所以兄弟们买酒时切记,同等价格1斤比500毫升更划得来。
以此类推,植物油根据不同原料制造出来约为0.9~0.93之间,人血为1.054,蜂蜜为1.4等等。液体中恐怕水银是密度最大的了,为13.6。这些都是以克为单位,比如酒精比重0.79就是每立方厘米0.79克。
固态物质常见的有:泡沫塑料为0.01~0.03,木材根据不同品种在0.4~0.9之间,冰为0.9,石蜡为0.9,玻璃为2.4~2.8,铁为7.8,铜为8.9,银为10.53,金为19.32。目前已知密度最大的金属元素就是锇,密度达到22.59。
从以上密度的比较我们可以看出,所谓密度实际上就是同等体积的东西越轻密度就越小,越重密度就越大。
地球是一个以水为主的世界,所以密度一个最直观的现象就是,凡是比水密度小的物质都能浮在水面上,凡是比水密度大的物质就只能沉下去了。根据这个原理,人类发明了船只。
开始是用比水密度小的木头做,后来人们发现用比水密度大的物质,只要做出足够的空间也能够漂浮,这是因为把重物质做成中空的箱形,整个体积平均密度就比水密度小了,当然就能够浮在水面上了。
还有一种方式可以把物资密度改变,甚至把物质变成另外的物质,这就是压力。在宇宙中一些极端压力状态下,就有一些密度很高的特殊物质。
比如地球地心,压力达到360万个,温度达到6800度,比太阳表面温度还高,那里的物质主要有铁镍组成,正常情况下铁的密度约7.9,镍的密度为8.9,但在地心高压下,密度达到12.5。
但地球相比太阳又是小巫见大巫了。太阳质量是地球的33万倍,中心压力达到3000亿大气压,温度达到1500万度,物质密度达到150,也就是150克一个立方厘米,1个立方米150吨。要知道太阳是一个气态的星球,中心进行着热核聚变的只是世界上最轻的氢元素。
但太阳比起中子星、白矮星又是小巫见大巫了,这两种天体是宇宙中极端的天体。白矮星上的物质已经不是普通物质,在巨大引力压力下,物质坍缩成为电子简并态,每立方厘米密度达到1~10吨;中子星上在极端的压力下,物质被压缩成为中子简并态,每立方厘米密度达到1~20亿吨。这是人类已知除了奇点以外密度最大的物质了。
科学界认为还可能有夸克星的存在,这种天体物质密度比中子星又要大若干数量级。但目前尚没有发现这种天体的真实存在。
这就是宇宙中物质的密度情况,欢迎大家一起来讨论。
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回答于 2019-09-11 08:43:50
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