1立方厘米重10亿吨，挖一勺中子星带回地球，结果会怎么样？

见贤思齐

1立方厘米重10亿吨，挖一勺中子星带回地球，结果会怎么样？ Masir123 科学羊 科学羊 马扬，专注于物理学与计算机历史研究。 科普指导人生 633篇内容 2024年09月02日 07:18 广东 大家好，我是科学羊，这里是物理学第11季第19篇。前几日翻看科普大佬魅力科学君的关于中子星这个话题，颇有意思，今天也给大家分享一下。如果你看过《十万个为什么》这系列的书籍。那你肯定知道有一节关于讲到了中子星的故事，说中子星上的一勺子大小的物质，就可以比航空母舰还要重。那如果真的挖那么一勺子物质拿到地球上的话，那它是不是就把给地球穿透了...不管是不是，我们先来看看什么是中子星。简单点说，中子星就是恒星在演化到晚期阶段时，由于引力坍缩和随之而来的超新星爆炸，可能形成的几种最终形态之一。它和超行星爆炸有关，说到这个，就不得不先提及恒星的演化！一般来说，恒星从诞生到消亡，依次经历星云、主序星、红巨星阶段，最终演化为白矮星、中子星或黑洞。当然，这还取决于其初始质量。NGC 7297 螺旋星云而且，一半的恒星越往后发展，因为环境和自身因素，恒星的质量会越大。这是因为恒星在演化过程中，核心的核聚变反应不断将轻元素转化为更重的元素，这种聚变过程使得核心密度增加。电影《流浪地球》里人类需要带上地球逃离太阳系的原因是因氢元素燃料消耗得差不多了，只靠氢核聚变已经没办法维持原状了。所以引力暂时获胜，会向内部使劲地压，直到能产生氦核聚变。那么这时候太阳就是一颗红巨星！如果用赫罗图表示，就是下图靠右上角的位置，又大又红的那个。赫罗图是展示恒星光度与温度关系的图表，用于研究恒星的分类和演化那么，当恒星的质量超过太阳质量的8倍时，氦核聚变之后仍会继续进行核反应，此时碳元素会转变为更重的元素。如果恒星质量足够大，核聚变会一路进行下去，合成氮、氧、硅等更重的元素，直到形成铁元素。然而，一旦到达铁元素，核聚变便无法再继续进行。事实上，除了氢、氦和少量的锂是由宇宙大爆炸产生的，元素周期表中铁之前的大多数元素都是在恒星内部的核聚变炉中合成的。对于铁之后的元素，如金和铅，仅依靠核聚变是无法形成的，它们需要另一种机制，而这与恒星的命运息息相关。当质量大于8倍太阳质量的恒星走向毁灭时，它们不会像太阳那样逐渐熄灭，而是以壮丽的方式结束——发生超新星爆发。超新星爆发时会释放出巨大的能量，这一瞬间的光芒甚至可以照亮整个星系。如果这样的爆发发生在离地球几千光年的地方，强大的高能射线可能会摧毁地球上的所有生命。铁之后重元素的形成机制正是源于这种超新星爆发。只有在超新星爆发瞬间产生的巨大能量和压力下，才能合成这些重元素。因此，每一克黄金都可以被视为超新星爆发的遗迹。超新星爆发后，恒星的核心通常会残留，但这残留的核心不像白矮星那样，无法仅靠电子简并力抵抗强大的引力。当然呢，如果核心继续坍缩，将电子被压入原子核，与质子结合形成中子，最后由中子简并力来支撑结构，防止进一步塌缩。这就是中子星的诞生。在中子星上，没有原子结构，只有密集的中子，其密度极其惊人——一块方糖大小的中子星物质，其质量相当于一艘航空母舰。物理学家钱德拉塞卡曾计算出，只要残留核心的质量超过太阳质量的1.44倍，它就必然会坍缩成中子星，这一临界值被称为“钱德拉塞卡极限”。然而，这并不是终极底线。物理学家奥本海默后来进一步计算发现，当核心质量超过太阳质量的3倍时，连中子简并力也无法抵抗引力。这时，所有物质会无限坍缩，最终集中于一点，形成奇点。此时，黑洞便诞生了，引力最终主宰了一切。是目前所知最靠近地球的中子星RX J185635-3754那么，假如如果我们真的能够将一勺中子星物质带回地球，这将引发极为灾难性的后果。一旦离开中子星的强大引力环境，这一勺物质将无法维持其“中子简并态”，会迅速膨胀并脱离这种极端状态，导致剧烈的爆炸。这种爆炸的能量足以摧毁地球表面的大片区域，甚至引发全球性灾难。自由中子的β衰变过程将释放出巨大的能量，相当于数百万颗原子dan的威力，不仅会造成巨大的破坏，还可能引发严重的辐射和生态灾难。已知的测量数据显示，中子的质量约为1.6745 x 10^-27千克，而质子的质量为1.6726 x 10^-27千克，电子的质量则为9.10956 x 10^-31千克。尽管反电子中微子的质量目前尚未明确，但其质量极小，远远低于电子。基于这些数据，我们可以推断出，自由中子在发生β衰变时，会损失大约0.15%的质量，这一质量损失实际上转化为能量释放出来，这与爱因斯坦的质能方程“E = mc^2”一致。假设我们挖出了一勺中子星物质，体积为10立方厘米，而根据中子星物质的密度计算，这勺物质的质量约为100亿吨。若这些自由中子全部发生β衰变，理论上会损失约150万吨的质量。但考虑到在衰变过程中，大量的自由中子与质子、电子结合形成氘、氦等中性原子，实际损失的质量可能减半，约为75万吨。根据质能方程，我们可以计算出，这些衰变过程将释放出大约6.75 x 10^25焦耳的能量。为了提供一个直观的对比，6600万年前导致第五次生物大灭绝的小行星撞击地球时，释放的能量约为3.4 x 10^23焦耳。由此可见，这勺中子星物质释放的能量大约是那次撞击事件的200倍。可以想象，如此巨大的能量释放对地球将造成毁灭性的影响。然而，这种情况只存在于理论中，实际上，我们目前的科技水平根本无法实现将中子星物质带回地球，因此无需为此担忧。不要说带了，就连怎么去的问题没解决，况且那还是个伪黑洞...不要一秒，无论是怎么物质都被撕碎！好，今天就先这样啦～科学羊2024/09/02祝幸福~参考文献：[1].https://mp.weixin.qq.com/s/e-lr_qkPDFoGnv-4i_3fUQ「感恩关注，科学羊持续为您带来最好的科普知识」往期推荐600公里每秒！银河系内首现不受引力约束快速飞行的自由恒星他喜欢去“夜店”解方程？而且一生尽说实话！哪怕得罪了别人也在所不惜！欧拉不愧是你！无数数学大家都错过的发现，被评为世界第二优美的公式0.999...=1 ？仅仅6行字就证明完毕，就这么简单一片雪花的周长居然超过地球？什么是科赫曲线，可怕的数学！