白矮星会不断吸积,增加自身质量,为啥体积反而变小呢?( 三 )
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我们知道 , 在地球上所有物质都是由原子组成的 , 而原子的电子外壳很大 , 原子核很小 , 但却占有了整个原子99.96%的质量 , 因此原子是一个虚空的世界 , 由原子组成的物质从某种意义上来说内部是虚空的 。
但白矮星已经不是我们认识的地球任何物质了 , 由于极大的引力压力 , 组成白矮星的原子的电子外壳被压碎 , 所有电子游离成为自由电子 , 但原子核还是夹在电子的海洋中 , 依然保持着核子的形态 。
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这是由于电子们还在竭力维护自己的核心主子 , 它们依靠电子简并压抵抗着巨大的引力压 , 勉强维持着原子核的完整 。 但这种物质形态已经不是我们认识的物质形态了 , 是比地球任何物质都更紧密结实的物质了 , 其密度达到惊人的1~10吨/cm^3 。
但如果白矮星再增加自身质量 , 引力压力就会进一步加大 , 超过了临界点 , 电子简并压就再也无法承受了 , 这个临界点就是1.44倍太阳质量 。
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白矮星不断的吸积贪吃 , 就会超过这个临界点 , 由此电子简并压被压塌 , 形成新的坍缩态势 , 粒子间的空隙就会大大缩小 , 体积当然就更小了 。 坍缩的结果就是电子被无情地挤压到原子核里面 , 与带正电的质子中和成为了中子 , 加上原子核里面原来的中子 , 整个原子就蜕变成为一个中子核 。
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中子核外部没有电子外壳 , 就一点空隙也没有了 , 整个星球的所有中子核就都挤在一起了 。 这样 , 整个星球就成为一个大中子核 , 这个星球就叫中子星 。 中子星是靠中子简并压勉强支撑着强大引力压 , 中子与中子之间还勉强有那么一点点空隙 , 因此中子星就还保持着有形的天体形象 。
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当中子星通过吸积增加质量 , 达到奥本海默极限时 , 中子简并压就也支撑不住了 , 就会继续坍缩成一个黑洞 。 奥本海默极限是犹太裔美国物理学家罗伯特·奥本海默发现的 , 奥本海默还是著名的科学组织家 , 是美国“曼哈顿计划”的主要技术负责人 , 这个计划研制出世界最早的原子弹 。
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奥本海默极限还没有一个准确上限值 , 一些科学观察研究认为 , 中子星上限值分为两种 , 一种是不旋转中子星 , 上限约2.16个太阳质量;一种是旋转中子星 , 上限为3.2个太阳质量 。
关于为啥白矮星吸积质量越大体积越小的问题就回到到这里 。 可能朋友们会对文内的电子简并压和中子简并压有点疑惑 , 这是个什么压力呢?需要了解的可看如下延伸阅读 。
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延伸阅读:泡利不相容原理
所谓电子简并压和中子简并压是什么呢?这就需要了解泡利不相容原理了 。 这个原理是奥地利裔美籍物理学家沃尔刚夫·泡利发现的 , 为此他获得了1945年诺贝尔物理学奖 。
这个原理是量子力学微观粒子运动基本规律之一 , 简单的原理就是在费米子组成的系统中 , 不能有两个或者两个以上的粒子处于完全相同状态 。 通俗的说 , 这些费米子粒子不能够相互挤在一起 , 它们之间会表现出不愿在一起的相互排斥力 。
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什么是费米子?是微观世界两大类基本粒子之一 , 一类为玻色子 , 另一类为费米子 。 在一个体系的量子态上 , 只允许容纳一个粒子 , 或者说自旋为半奇数的粒子 , 统称为费米子 。 具体说 , 就是中子、质子、电子都属于费米子 。 有人通俗的比喻 , 费米子就像一群玩耍的小孩子 , 他们在一个狭小空间 , 就会你推我搡 , 相互不让同伴靠近 。
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这种相互排挤的斥力就叫简并压 , 简并压的排斥力不属于四种基本力中的任何一种 。 四种基本力相互作用时需要交换媒介子 , 如引力需要引力子为媒介 , 电磁力需要光子为媒介 , 强力需要胶子为媒介 , 弱力需要玻色子为媒介 。
简并压是粒子之间相互交换作用力产生的排斥力 , 其交换相互作用只发生在全同粒子之间 , 不需要任何媒介 , 本质上是一种波函数的干涉效应 , 因此也不涉及任何“力” 。
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