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黑洞可以将原子进一步压缩吗?

钟铭聊科学 2019-08-23 浏览168次
黑洞可以将原子进一步压缩吗?的头图

我们可以先给出答案:黑洞的形成过程就是把原子的撕碎的过程。

恒星的演化

关于这个黑洞的问题,我们要从恒星的演化说起。我们都知道,恒星的燃烧依靠的是核聚变反应。主要有两条路径,一条叫做质子-质子反应链。就是氢原子核核聚变反应生成氦-4核的过程。

其次,就是碳氮氧循环。它其实也是氢原子核核聚变反应生成氦-4氦。只不过在这里碳氮氧充当了类似于催化剂的作用。这两种反应都会放出释放出大量能量。

我们要注意的是,无论哪种,说白了都是燃烧氢原子核,生成原子序数更高的氦-4核。也就是说,如果恒星核心的氢原子核燃烧殆尽,这个时候恒星内核的温度将会不足以吃撑氦-4继续发生核聚变反应。

这是因为让氦核聚变所需要的能量要远高于让氢核聚变所需要的能量。

于是,核心在引力的作用下会收缩,这个压力会使得恒星的内核温度急剧上升,直到满足了氦核聚变的温度,然后点燃氦核聚变。如果氦也燃烧完了,这样的情况其实会一直持续,顺着元素周期表的原子序更高顺位发生核聚变,当然温度也会越高,一直到元素铁。

那为什么会到元素铁呢?一般来说是铁的比结合能很高。说白了就是铁特别稳定,不容易发生核聚变反应,让他发生核聚变反应所需的能量,比他核聚变反应释放的能量还要多。这才使得有相当数量的恒星的演化都会停在铁及铁之前。

那接下来会发生什么呢?

这完全看质量,如果质量最够大,引力就会足够强,就很有可能提供足够的能量让铁也发生核聚变反应,这是宇宙中极其壮观的一幕,被我们叫做超新星爆炸。

超新星爆炸之后,要看残余的质量,如果剩余的质量超过1.44倍太阳质量,小于3.2倍太阳质量(3.2倍目前还有争议),那就会形成中子星。

如果高于3.2倍太阳质量,就会形成黑洞。

当然,如果低于1.44倍太阳质量,就会成为一颗白矮星。这其实就是恒星演化的过程。

中子&黑洞的形成

中子星和黑洞的形成和原子有关系。因为它们的质量特别大,所以引力就非常大。引力就会迫使原子之间的间隙逐渐减小。然后开始蚕食原子内部的空间。我们都知道,原子是由原子核和核外电子构成的,核外电子以概率云的形式存在于原子核之外。而电子和电子之间的电磁力,维持了原子之间的距离不会太近。但是这在这么巨大的引力之下都是浮云。

原子核其实很小很小,电子比原子核还要小,因此原子其实几乎是空的,如果原子有足球场那么大,那么原子核只有蚂蚁那么大。

因此,原子还是可以被压缩的,接下来抵抗引力的叫做电子简并压力。这种力是由量子理论中的泡利不相容原理导致的。泡利不相容原理告诉我们,电子在原子核外要排的很有序,每一层的数量都是固定值,不能随意添加。所以,从某种程度上说,这时候对抗引力的是电子要好好排队的决心,这种状态就会产生一种向外对抗引力的作用。

当然,引力其实更残暴,非但电子简并力没有顶住,电子还被压入了原子核内。这时候的天体就是我们所说的中子星,之所以这么叫,是因为电子进入原子核会和质子反应生成中子,只有极少量的电子会浮在中子星的表面。

所以,这个的原子就已经不复存在,被引力给摧毁了。而这个时候还没有称为黑洞。

如果要成为一个黑洞,实际上引力还会继续向下压,去挤压原子核之间的距离,间接地去挤压原子核内质子和中子,如果引力足够大,那这个时候中子星就很有可能变成黑洞。因此,黑洞的形成其实是伴随着摧毁原子的过程进行的,甚至还能摧毁原子核。原子并不是被撕碎的,而且被压碎的


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发布媒体:好百科 作者:钟铭聊科学