为啥会有中子星，它有多可怕，指甲盖大一块按地球密度有多大？

常有人对中子星物质密度没有一个直观了解，因此抱着质疑的态度。今天我们就来通过剖析一下一块指甲盖大的中子星物质，按地球物质密度看看有多大，并根据这条线索，让各位对中子星的来历有一个较为清晰的了解。

所谓指甲盖大，就定义为1立方厘米。

我们通过密度换算就知道了，这只是一个简单的数学题。中子星密度为1~20亿吨/cm^3，地球密度为5.5g/cm^3，中子星密度约地球密度的18.2万亿~364万亿倍，我们折中一下，中子星按中间密度10亿吨/cm^3，这样1立方厘米中子星就有182万亿立方厘米的体积，换算成立方米就是1.82亿立方米。

根据球体积公式V=(4/3)πr^3，可计算出1立方厘米的中子星物质变成地球物质，相当一个半径351米的球体。这个结果可能超乎一些人想象吧？中子星说得那么玄乎，也不过如此。其实这已经很玄乎了，一个指甲盖那么大的中子星物质，变成地球物质就成了塞满鸟巢空间一个巨大的球。

指甲盖大的黑洞，会有多大质量呢？1cm^3体积的球形半径就是约0.62cm，这就是黑洞的史瓦西半径，史瓦西半径的计算公式为：R=2GM/C^2，这里R为史瓦西半径值，G引力常量，M为天体质量，C为光速。根据公式计算，这么大的黑洞质量约有41万亿亿吨，约地球质量的68.3%。

那么60万亿吨的地球如果变成中子星，地球体积将缩小182万亿倍，就成了一个半径约112.4米的球。也就是说这个球远远没有1立方厘米中子星物质变成地球物质体积大。想一想我们开着时速100km的汽车，没日没夜一刻不停的开，都要开16天多，才能够转一圈，而地球变成中子星后，只要散着步也只要几分钟就转了一圈，开心吧？

不过这种开心永远也不会降临。这是因为中子星的质量介于太阳的1.44~3倍之间，太阳质量的1.44倍是钱德拉塞卡极限，没到达这个临界点，就只能成为一个白矮星，成为不了中子星；而太阳的3倍左右是奥本海默极限，到了这个极限，中子简并压就再也支撑不了重力压力，必然坍缩成一个黑洞。

因此中子星的半径一般在10km左右，像地球这种质量，包括太阳这种质量的天体，是变不成中子星的。太阳最终的归宿是一个白矮星。一般认为要太阳8倍以上，30倍以下的恒星在演化晚期，发生超新星大爆发后，抛弃了绝大多数的物质，剩余的核心致密物质才会形成一个中子星。而40倍太阳质量以上的恒星，超新星大爆发后核心残留物质会坍缩成一个黑洞。

所以在中子星上转一圈至少有六七十公里，急匆匆的走也要走八九个小时吧。而且已知的任何物质都无法在中子星上落脚，更别说人了，靠近都不行。如果一个成年人被中子星引力捕获，拉拽着掉到其表面，掉落速度可达光速一半，即每秒15万千米，撞击的威力相当15000多颗广岛原子弹同时爆炸。

不过别担心，中子星会毫发无损，连1毫米波澜都掀不起来。因为中子星上重力形成的压强达到10^28个地球大气压，也就是1万亿亿亿个大气压强，相当地球中心压强的30万亿亿倍。中子星的极端还有：磁场强度达到地球的数十万亿倍；逃逸速度达到一半光速；表面温度数百万度到上亿度，中心温度可达万亿度。

这样的地方，在可预见的未来，人类是也无法靠近的。不过刘慈欣的小说《三体》中，描述的三体人水滴探测器，就是由中子星类物质制造的，所以人类穷尽一切办法不但无法窥探其中的秘密，就是在表面放大一亿倍也无法找不到一点疤痕。当然这只是小说夸张的想象，中子星物质是没有办法在一般环境存在的。

致密的天体是如何形成的？密度不同的天体，是由于天体重力不一样导致的。因为在超强大压力下，物质会被压垮，这种垮不是我们生活中看到或理解的那种垮，而是原子粒子之垮。我们之所以能够看到各种各样形态的物质，能够保持某种形态不变，是因为物质内部有一种压力，或者叫斥力，在支撑着外部压力。

比如人体，经过长期进化适应了地球1个大气压的压力，形成了人体内部压力与外部压力的平衡，这样人就能够在地表每平方厘米1公斤的压力下活动自如；而如果加大压力或者减少压力，人类就承受不了，因此在深潜时或太空探索，人类就要穿上抗压服，来帮助身体抵御外面压力的变化。

在物质内部更深层次，每一个层次都会自动抵御某种压力，这种抵御压力的原理是量子力学的奠基人之一，美国物理学家沃尔夫冈·泡利发现的，因此人们把它定名为“泡利不相容原理”。这个原理认为，微观层面费米子（电子、中子、质子等一类粒子）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，也就是说两个粒子不能占据空间中的同一个位置。

通俗的说，就是这些粒子天生不愿靠在一起，一定要保持距离，这样就形成了相互之间你推我搡的排斥力，这种排斥力到了越深层次的粒子就越大，能够抵御的压力也相应越大。巨大恒星中心压力极大，超新星大爆发导致的压力就更高了，这样中心物质就会在不同压强下形成不同层次的致密天体。

电子简并压和中子简并压造就了白矮星和中子星。首先，中子星的质量介于1.44~3个太阳质量之间，小了没到达钱德拉塞卡极限，也就是1.44个太阳质量，重力就达不到压缩临界点，就只能保持白矮星的电子简并态物质。电子简并态物质也是在重力极大条件下，物质的原子被压瘪了，不过还没有碎，只是外层电子成为游离电子，而原子核还保持完整的躺在电子海洋中。

这就是白矮星，白矮星依靠电子之间排斥力形成的简并压支撑着重力压。太阳以及8倍太阳质量以下的恒星，演化后期外壳物质会消散在太空，中心留下一个质量在太阳1.44倍以下的白矮星，体积约地球大小，密度达到1~10吨/cm^3。

当白矮星通过吸积，或者超新星大爆发后核心残留的致密物质达到1.44个太阳质量以上时，电子简并压就再也无力支撑巨大的重力压力，星球物质只有进一步坍缩。这样原子就完全崩溃了，带负电荷的电子被压进了原子核，与带正电的质子中和成为了中子，加上原子核中原来的中子，整个星球就基本上由中子组成，因此叫做中子星。中子星已经完全消除了原子巨大的空间间隙，达到原子核的密度，约10^15kg/cm^3。

中子星物质是目前人类观测到密度最大物质。中子星就依靠中子简并压支撑极高的重力压，勉强维持着这种极端致密的物质形态。当中子星通过吸积，或者超新星大爆炸核心致密物质质量超过太阳3倍左右时，就到了奥本海默极限，中子简并压就也无法支撑这种压力了。这时，就没有任何力量能够阻止物质的无限塌缩了，中子也被压碎了，我们认知的一切物质形态再也没有了，这个天体就成为一个无限小的奇点，这个奇点的密度已经无限大。

虽然这个奇点没有体积，人类无法看到了，但还保有着质量、角动量和电荷等物理量，并在奇点周围形成一个与质量成正比的球状无限曲率空间，这个空间什么也没有，只有引力场。

这就是黑洞，那个球状空间就是黑洞的史瓦西半径。黑洞奇点已经不是我们可认知的事物，也不是我们世界的物质了。因此中子简并压物质是我们能够认知最极端最致密的物质。

有理论认为，宇宙中可能存在着夸克简并态天体，它的密度大于中子星，仅次于黑洞奇点。不过迄今为止并没有发现这种天体。这样中子星在宇宙天体食物链中，依然占据着老二地位。

就是这样，欢迎讨论，感谢阅读。

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