按照愛因斯坦的廣義相對論,引力的本質是時空的彎曲。地球之所以繞著太陽轉,是因為太陽壓彎了時空,地球沿著時空的“直線”(測地線)在運動。
而中子星在宇宙中是僅次于黑洞的可怕家伙,密度巨大。因此,中子星對于時空的扭曲程度遠遠大于太陽。所以,一般的天體遭遇了中子星,基本上只有被吃掉的宿命。
如果中子星突然出現在地球,別看中子星個頭很小,一般來說中子星的半徑在10~20公里之間,但情況應該是下圖的樣子,整個地球肯定瞬間炸掉。
當然,并不是地球沒有出息,如果中子星突然出現在太陽身邊,其實結果和出現在地球的差別并不太大。那如果是一立方厘米的中子星突然出現在地球上呢?
這要從中子星自身說起,我們得搞清楚為什么中子星是如此致密的天體。
我們都知道,宇宙萬物都是由原子構成的。但是我們要搞清楚一點,原子并不是整整齊齊一個挨著一個排列的,實際上,原子之間是有間距的,而且它們到處亂串。
隨著溫度越高,原子之間的距離還會越大,粒子運動也會越劇烈。
也就是說,原子之間是有很大的空間的。除此之外,很多人以為的原子結構就像下圖那樣,原子核和電子,電子繞著原子核在運動。
事實上并非如此,經歷了多代科學家的研究之后,科學家發現,原子核其實非常小,如果把原子的大小看成像足球場那大,那原子核可能只有一根頭發絲那么大。不僅如此,電子比原子核還要小,而且不是繞著原子核轉的,電子其實是呈現概率云的形式,我們并不知道它此時此刻在哪,我們只知道它出現在某個位置的概率是多少。這就說明,原子也并非是實心的,而幾乎是空心的。
所以,我們可以來總結一下,實際上,原子之間是有間距的,其次原子并非是實心的,而是幾乎空心的。因此,只要外界有足夠大的壓力,就有可能把壓縮原子之間的間距,甚至是壓縮原子,把電子壓入到原子核內,讓原子核幾乎是挨在一起。當然,實際上,我們并不具備把天體壓縮到這個程度。
但是,我們都知道天體的質量是巨大的,科學家發現,質量大于太陽質量8倍(也有說9倍或者10倍的)的超大質量恒星的引力巨大,當恒星在發生核聚變反應時,核反應向外的壓力可以與引力進行抗衡,但是當恒星演化到后期,內核聚合出鐵原子核時,要讓鐵原子核發生核聚變反應需要大量的能量,整個過程吸收的能量大于釋放的能量。主要是因為鐵原子核是最穩定的原子核,我們也說它是比結合能最大的原子核。
因此,恒星不再具有抗衡自身引力的向外壓力。這時候,在引力的作用下,恒星的內核就會向內壓縮,這個“引力”十分巨大,電子會在電子簡并力下與其抗衡。所謂的電子簡并力其實是一種量子效應。電子需要遵守泡利不相容原理。我們簡單解釋一下,你可以粗暴地了解成,電子其實是需要好好占坑的,一個蘿卜一個坑,不能多個蘿卜占一個坑。因此,如果有外力作用時,電子可能會被壓入到同一個“坑”當中,這時候為了抵抗這個趨勢,就會有電子簡并力。
如果恒星原本的質量小于8倍太陽質量,演化后期內核的質量小于1.4倍的太陽的質量,那最終電子簡并力是可以對抗住引力的,天體會變成一個白矮星。白矮星雖然也很致密,但還沒有中子星那樣致密,正是因為白矮星只是壓縮了原子的間距。
但是當恒星的質量大于8倍太陽質量時,演化末期內核大于1.4倍的太陽質量,電子簡并力無法對抗這個“引力”。因此,電子最終會被壓入到原子核當中,電子和質子發生反應,生成中微子和中子。因此,整個天體幾乎是中子構成,而中子也有中子簡并力,它可以對抗這個引力,此時天體就是一顆中子星了。
如果中子的簡并力都無法對抗引力,那天體會最終成為黑洞。(不過,按照理論應該下一步是夸克星,但目前還沒有發現夸克星的存在,因此,我們目前姑且認為當中子簡并力無力對抗引力時,會形成黑洞。)
所以,其實中子星是壓縮了原子之間的距今和原子自身的空間,讓中子幾乎是挨著擠在了一起,這才會使得中子星的密度極其高,對空間有極強的彎曲作用。
通過上文的講述,其實你也不難理解,中子星之所以能夠形成的關鍵因素是“引力”。如果自身引力不夠,那并不能夠形成中子星。
所以,“一立方厘米的中子星物質”從中子星當中被取出來時,它會因為引力不夠,迅速發生解體,并不會再是原來那種致密的狀態,同時,此時的中子也將成為自由的中子,自由的中子會衰變成質子,整個過程平均只需要15分鐘左右的時間,也就是成了一坨氫原子核。
因此,這“一立方厘米的中子星物質”放到地球上,并不會發生什么,只是給地球的物質總量添加了一些氫原子核罷了。