物质越多则密度越大,密度有极限吗?黑洞密度是不是无穷大?

一斤棉花和一斤铁的重量是相等的,但一立方米的棉花和一立方米的铁,它们的重量则相差巨大。为什么呢?因为棉花和铁的密度不同。
相同的空间之内,物质总量越多,那么密度就越大,铁的密度比棉花高,所以相同体积的情况下,铁就会比棉花重。任何一个物体,我们只要得知它的体积和质量,然后用质量除以体积,就得出了密度。那么密度有没有极限呢?以常识来看,似乎应该是有,因为空间是有限的,用物质将一个空间完全填满不留空隙,此时这个空间的密度也就达到了最大。不过,怎么才能够将一个空间完全填满呢?即使是一个完整的铁块,它也并没有将所在的空间完全填满,因为铁原子之间也是存在着空隙的。

密度最大的物质
事实总是与常识背道而驰,如果我们说密度存在着一个极限,那么我们却无法给出一个数值,说出密度的极限到底是什么。而当我们放眼宇宙,又会被不断刷新认知,因为在宇宙之中,密度没有最大,只有更大。
在宇宙之中,最耀眼的明星就是恒星,恒星通过自身的聚变反应发光发热。在恒星的主序星阶段,恒星通过氢核聚变释放能量,而在氢元素耗尽之后,向外的扩张压减弱,恒星内部压力增加,于是氦核聚变被点燃,如此,恒星上的聚变过程会一步一步向更重的元素推进。像太阳这样质量相对较小的恒星,由于内部的引力有限,核聚变在推进到碳或氧元素的时候就会停止,在因核聚变而产生的向外的扩张压彻底消失之后,恒星便会在引力作用下向内坍缩,成为一颗白矮星。

白矮星的密度很高,一颗恒星在坍缩为白矮星之后,体积会缩小为原来的30万分之一。
如果一颗恒星的质量在太阳质量的8倍以上,那么它的核聚变会继续推进,直到铁元素为止。因为从铁元素开始,核聚变不再释放能量,而转为吸收能量,而此时恒星会在强大的引力作用下坍缩,之后会反弹释放巨大的能量,这一过程被称为超新星爆发,大量的物质在这一过程中被抛洒到宇宙之中,只留下了一个高密度的内核,这就是中子星。
中子星的密度更大,一颗质量达三倍太阳质量的中子星,它的直径往往只有十几公里。中子星的密度之所以比白矮星更大,是因为强大的引力将原子核压碎了,电子进入到原子核之中和质子结合成为中子,中子又聚集到了一起,就形成了中子星物质。

中子要远比原子更小,所以由中子结合形成的中子星自然也就拥有更高的密度。
不过中子并不是物质的最小形态,中子星也不是宇宙中密度最大的天体。如果一颗恒星的质量在太阳质量的30倍以上,那么它会在强大的引力作用下无限坍缩下去,而最终形成宇宙中最强大的天体,黑洞。由于黑洞的引力过于强大,所以在黑洞的视界内部,没有什么力量可以阻止物质不断坍缩下去,因此,通常认为黑洞的实体只是一个密度无限大而体积无限小的点,称之为奇点。
这里最令人感到困惑的问题就是,密度为何会无限大,体积又怎么会无限小?无限大的密度是一种怎样的存在,而无限小的体积又应该去如何理解呢?即使物质以基本粒子的形态存在,那么它也应该有一个体积,而并非一个体积无限小的点。

无限大的密度
从数学角度来说,无限大的密度的确是存在的,因为在黑洞的引力作用下,物质会不断向中心坍缩。无论是大黑洞,还是小黑洞,用它的质量除以一个无限小的体积,都会得出一个无限大的密度。虽然我们无法理解无限大的密度是如何存在的,但它的确是存在。
?根据宇宙大爆炸假说,宇宙也诞生于一个奇点,而这个奇点的物理性质与黑洞之中的奇点是相同的,如果我们把宇宙间所有的物质都变为基本粒子的形态,然后聚合在一起,那么得到的就不是一点,而是一个球,很大很大的球。而这显然与奇点的性质不符。我们无法理解奇点的构成,但奇点是一个密度无限大的点却是一个事实,而我们之所以无法理解密度为什么会无限大,很可能是因为在奇点之中,现有的物理法则都是失效的,所以超越了我们的认知。
#科学我知晓#
相关文章
-
黑洞有希望成为未来的能源吗?它可以推动飞船实现无法想象的速度
-
立夏是什么意思?天文学上夏天的开始(多喝水少生气)
-
首个前往特洛伊探寻太阳系古迹的探测器!拉尔夫再次建功!
-
睡着的预言家爱德格·凯西 了解前世今生/生命解读
-
黑骑士卫星被击落报道视频曝光,人类或已向外星人宣战
-
已被破解的未解之谜:神秘的麦田怪圈其实是这样出现的
-
小人仙用焯水吗 爆炒小人仙的做法有哪些
-
海藻油的危害有哪些 豆蔻酸可能会影响人体心脑血管
-
盾牌座UY离地球多远,盾牌座UY是太阳多少倍/45亿倍
-
人类能走出太阳系吗?为何离开地球如此困难
-
【天聊聊天室】走近科学都没有办法解释的事,未免有点太神奇!
-
搞笑GIF趣图:阳光美女蹦蹦跳跳的真可爱
-
喝排湿茶有什么反应?排湿茶可以每天都喝吗
-
一顿饭的时间是什么意思 一顿饭的时间出处是什么
-
幸福,就是在一起。一个人不管有多好,首先他是你的,才有意义。
-
春节初三为什么上坟 正月初三是祭拜祖先的日期
-
交叉骨回归?弗兰克·格里罗:我觉得可以
-
太阳系八大行星都谁有光环?木星光环神秘土星光环最诱惑
-
切记:黑洞奇点和大爆炸奇点里的玩意都不是我们所认知的物质
-
槟榔怎么吃要吐出来吗 槟榔的危害有哪些(致癌)
-
布依族的传统节日:查白歌节男女觅友寻爱(歌场赛歌)
-
荔枝吃多了嗓子疼怎么办 荔枝吃多上火怎么解决
-
安卓往高处走,苹果向低处来,廉价iPhone会不会发布?
-
龙凤紫薇手稿集(诗歌部)之:命局神话
-
藜麦可以和大米一起煮饭吗 可以(藜麦营养价值高)
-
参宿七有多大,参宿七和参宿四哪个大/后者更大可装下7亿颗太阳
-
心大星是什么星球,心大星比太阳大多数倍/可以装下7亿颗太阳
-
人类才是真正的地外生物?未来我们或会进化成另一种形态
-
最强预言家巴巴万加,准确率超85%,她提前看到了2021年的情景?