在提及這個(gè)物質(zhì)之前,讓我們回顧一下物質(zhì)是怎樣產(chǎn)生的?答案是恒星,也就是說(shuō)包括你我在內(nèi)世間的所有物質(zhì)都是由恒星爆發(fā)的星塵組成的,說(shuō)我們是恒星的孩子一點(diǎn)不為過(guò),為探究物質(zhì)的起源,就不得不從恒星的誕生說(shuō)起。
物質(zhì)
根據(jù)著名的宇宙大爆炸學(xué)說(shuō),在宇宙大爆炸之初10秒后質(zhì)子、電子、中子開(kāi)始形成,再經(jīng)過(guò)大約30萬(wàn)年的冷卻隨著宇宙中的溫度與壓力逐漸變低,質(zhì)子、中子、電子開(kāi)始互相結(jié)合,形成了氫、氦、鋰等幾種輕元素,其中主要是氫,氫和氦的總量占據(jù)了宇宙初始元素的98%。
各類輕元素聚集在一起形成星云
大量的氫元素為宇宙中恒星的核聚變反應(yīng)提供了足夠的燃料,這些氫元素在引力的作用下匯聚到一起形成星云,當(dāng)其積累到一定程度時(shí)重力也成倍增加形成高溫高壓的環(huán)境,最終使氫原子相撞產(chǎn)生連鎖核聚變,誕生宇宙中第一批恒星。
恒星的存在處于一種脆弱的平衡,質(zhì)量極大的熱等離子體被引力向著內(nèi)部核心所牽引,該引力是如此強(qiáng)大將物質(zhì)(氫原子)擠壓在一起由此產(chǎn)生核聚變(核外電子擺脫原子核的束縛,使兩個(gè)原子核碰撞在一起發(fā)生聚合反應(yīng))。氫原子間結(jié)合成為氦原子,并釋放出反推力試圖逃離引力核心引力。只要這種平衡狀態(tài)還在,那么恒星就將處于穩(wěn)定狀態(tài)。
各類元素在恒星內(nèi)部產(chǎn)生
而氫的數(shù)量終究會(huì)被消耗完,聚變過(guò)程中將產(chǎn)生重一些的元素氦,氦元素也在高溫高壓條件的促成下繼續(xù)反應(yīng)(碳與氧)直至恒星內(nèi)部產(chǎn)生了鐵元素,而這一元素的產(chǎn)生則徹底宣布了恒星的死亡。恒星會(huì)對(duì)其施加大量的能量(高溫高壓)想讓其產(chǎn)生聚變反應(yīng),不過(guò)其原子核對(duì)電子的吸引力強(qiáng)大到能穩(wěn)穩(wěn)抓住電子,無(wú)論如何都不會(huì)產(chǎn)生聚變反應(yīng),進(jìn)而消耗恒星大量能量,加速恒星的死亡。死亡的過(guò)程也不盡相同,有的會(huì)發(fā)生超星星爆炸有的卻不會(huì)。
即將死亡膨脹的恒星
①白矮星:如太陽(yáng)般大小與質(zhì)量的僅僅會(huì)形成紅巨星或者白矮星,不過(guò)其密度也十分驚人1000t/cm3,隨著時(shí)間流逝表面溫度也逐漸降低。
內(nèi)部含高密度鉆石的白矮星
②中子星:當(dāng)一顆大概是太陽(yáng)質(zhì)量的1.4倍或以上的恒星死亡時(shí),隨著越來(lái)越多金屬元素的產(chǎn)生,其將不能克服自身萬(wàn)有引力繼續(xù)擠壓星核內(nèi)部的金屬元素使其發(fā)生坍縮 發(fā)生進(jìn)而產(chǎn)生大量能量的爆發(fā),我們稱此過(guò)程為超星爆炸。最終形成中子星,我們之所以將之稱為中子星是因?yàn)閺?qiáng)大的引力將其中的質(zhì)子、電子、中子擠壓在一起正負(fù)電荷抵消,基本成為中子,其性質(zhì)與中子十分相近。
高速旋轉(zhuǎn)帶強(qiáng)烈電磁場(chǎng)的中子星
③黑洞:太陽(yáng)質(zhì)量的2.44倍或以上的將有可能形成黑洞,黑洞是在中子星的基礎(chǔ)上通過(guò)引力繼續(xù)壓縮,如果形成的中子之間的斥力不能抵抗引力那么便將形成黑洞。所有進(jìn)入其中的物質(zhì)都轉(zhuǎn)換成了能量的基本形式,由于連光都無(wú)法逃脫被束縛在視界線內(nèi),我們很難知道其內(nèi)部組成,僅能通過(guò)其吞噬其他物質(zhì)所釋放出輻射進(jìn)行有限層度的了解。
吞噬一切的黑洞
科學(xué)家認(rèn)為白矮星內(nèi)部含有大量自然界中最為堅(jiān)固的鉆石、黑洞內(nèi)的物質(zhì)無(wú)法探測(cè)不為我們所知,那么中子星內(nèi)部呢?很可能是一種被稱為“奇異物質(zhì)(奇夸克)”的東西。
從以上三類星體中不難看出,隨著引力的增加,似乎我們所認(rèn)識(shí)的物理規(guī)律逐漸被打亂得越來(lái)越“離譜”,中子星內(nèi)部的鉆石還在我們的理解范圍內(nèi),黑洞則是對(duì)其內(nèi)部完全不能理解,那么中子星呢,當(dāng)原子核中質(zhì)子與電子被擠壓在一起后不再帶電(我們都知道我們碰觸一個(gè)物體被反作用力排斥都是因?yàn)殡娮娱g斥力的產(chǎn)生),其物理規(guī)律會(huì)發(fā)生怎樣的變化?
中子星是除了黑洞以外密度最大的星體在其內(nèi)部質(zhì)子與中子組成了原子核,而組成質(zhì)子與中子的卻是另外一種物質(zhì)——夸克,夸克總是與其它夸克通過(guò)膠子連接,從未檢測(cè)到單獨(dú)存在的夸克,是組成其它粒子的原材料,夸克的種類有很多,但只有兩種能形成穩(wěn)定的物質(zhì)(質(zhì)子與中子中),即上夸克與下夸克,其它的都將很快的發(fā)生衰變。不過(guò)在中子星這一極端環(huán)境下(高溫高壓,有人認(rèn)為其與宇宙大爆炸之初的環(huán)境相同),也許不僅不會(huì)衰變還會(huì)使質(zhì)子與中子之間解除禁閉在強(qiáng)大引力的作用下形成一個(gè)夸克的致密海洋(質(zhì)子與中子不復(fù)存在,當(dāng)然其中物理規(guī)律也隨之改變)。
致密的夸克海洋
奇異物質(zhì):
而在這致密的夸克海洋中,如果壓力足夠大,有的夸克會(huì)變成奇夸克,也就是我們所說(shuō)的奇異物質(zhì),因?yàn)槠浯嬖诘臈l件過(guò)于苛刻,人類也沒(méi)有直接見(jiàn)過(guò)這種物質(zhì),不過(guò)根據(jù)物理推演能得出其一些物理性質(zhì),它擁有完美的密度、堅(jiān)不可摧,是宇宙中最穩(wěn)定的物質(zhì)(物質(zhì)的最完美形態(tài),其可以穩(wěn)定的存在于中子星內(nèi)部就可看出)。
這時(shí)候你也許想到了鉆石(鉆石恒久遠(yuǎn),一顆永流傳),它誕生于高溫高壓的星體中隨著地殼活動(dòng)與火山等地質(zhì)活動(dòng)的噴發(fā)到達(dá)地表。其堅(jiān)硬層度(我們所觀察自然界中最堅(jiān)硬的物質(zhì))使其可穩(wěn)定存在于白矮星內(nèi)部,而壓力更大的中子星內(nèi)部則會(huì)產(chǎn)生一種全新的“鉆石”——奇異物質(zhì)。
不過(guò)相信我你不會(huì)想擁有它的,更不會(huì)想將其做成鉆戒送給你女朋友。雖然其能永流傳,甚至.......。
由于其致密與超級(jí)穩(wěn)定的特性,它甚至能存在于中子星外,而當(dāng)其與其他物體相接觸時(shí),質(zhì)子與中子也將會(huì)被其強(qiáng)大的致密引力與穩(wěn)定性分解為夸克,也就是融合為夸克海洋的一部分,而恐怖的是該過(guò)程將一直發(fā)生直至所有接觸到的物質(zhì)都被融合。是不是有點(diǎn)像黑洞,將所有靠近其的物質(zhì)吸收,不同的是奇異物質(zhì)將其融合為夸克的海洋,而黑洞將其分解轉(zhuǎn)化為純能量(信息)的形式吸收(轉(zhuǎn)化得更加徹底)。
幸運(yùn)的是由于其產(chǎn)生的條件甚微苛刻(高溫高壓),只有在宇宙大爆炸之初與中子星內(nèi)部才能產(chǎn)生(所以研究中子星內(nèi)部顯得尤為重要,也是在研究宇宙大爆炸之初宇宙的存在形式),不過(guò)別忘了中子星的數(shù)量如此之多保不準(zhǔn)什么時(shí)候兩顆中子星發(fā)生碰撞使其中的奇異物質(zhì)飛濺出飄散于宇宙中。
中子星碰撞
而這些奇異物質(zhì)一旦遇見(jiàn)任何物質(zhì),無(wú)論是恒星、行星還是其他任何物質(zhì),都會(huì)將其融合為夸克的海洋,例如地球與太陽(yáng)會(huì)變成夸克星,其質(zhì)量不會(huì)產(chǎn)生太大變化不過(guò)體積可是大大變小,而太陽(yáng)也將不再產(chǎn)生核聚變(氫原子都被分解了),地球上的生物也將會(huì)被凍死。
了解了奇異物質(zhì)是怎樣產(chǎn)生的以及其擁有的特性后,我們開(kāi)始思考它的存在形式,我們已經(jīng)見(jiàn)到了中子星中飄散出的各類重金屬元素,不過(guò)至今還未發(fā)現(xiàn)奇異物質(zhì),也許當(dāng)其解除質(zhì)子與中子的禁閉形成夸克的海洋后其存在形式再也不是我們平時(shí)所司空見(jiàn)慣的物質(zhì)來(lái)看待了吧。
從以上對(duì)奇異物質(zhì)的探究我們不難發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律:
1、奇異的物理特性:包括宇宙大爆炸,似乎在越發(fā)極端的條件下(高溫、高壓)組成物質(zhì)的基本粒子會(huì)被越發(fā)細(xì)分(質(zhì)子與中子不再存在),表現(xiàn)出的物理規(guī)律也與我們平日所見(jiàn)不同,展現(xiàn)出更加穩(wěn)定、包容、純粹,甚至變?yōu)樽罨镜哪芰俊6娈愇镔|(zhì)的誕生條件與宇宙大爆炸之初所的環(huán)境幾乎一模一樣,研究奇異物質(zhì)對(duì)認(rèn)識(shí)宇宙本源有巨大幫助。
2、形成宇宙的重要物質(zhì):恒星通過(guò)核聚變將原子結(jié)合起來(lái),死亡后的爆炸將其內(nèi)部Fe以上的較輕元素(因?yàn)镕e以下的重元素不會(huì)產(chǎn)生核聚變)釋放至宇宙中。而在其后新形成的中子星內(nèi)部在大量富含中子的物質(zhì)通過(guò)崩解和重組(需要在高溫、高壓下)產(chǎn)生新物質(zhì),而這幾乎是宇宙中所有重元素(如金、鈾、鉑等)的來(lái)源。而此時(shí)其中的重元素需要經(jīng)過(guò)中子星的再次坍縮(爆炸形成黑洞)或中子星間的撞擊來(lái)釋放至宇宙中。即恒星的兩次坍縮釋放出了形成我們世界所有物質(zhì)的元素。而這些元素又會(huì)慢慢聚集在一起變成星云,在引力的作用下形成恒星與行星,也就是我們太陽(yáng)系如今的模樣,開(kāi)始新一輪的輪回。所以我們都是恒星與中子星的產(chǎn)物。而中子星除了釋放重元素以外,所釋放的奇異物質(zhì)一定也在形成我們今天世界或星系結(jié)構(gòu)起著決定性的作用,也是物質(zhì)的一種,只是我們可能對(duì)該物質(zhì)認(rèn)識(shí)不足。
那么黑洞坍縮會(huì)釋放出什么奇異的物質(zhì)呢?也許僅僅是能量吧,又或者就如宇宙大爆炸之前的奇點(diǎn)一般開(kāi)創(chuàng)一個(gè)新的世界也未可知(有人說(shuō)在黑洞的視界面處存儲(chǔ)了其接收到的所有信息,就如我們的世界或宇宙也是其投影的顯示,我們也就是黑洞中的洞主而已)。
3、可能是暗物質(zhì):以上我們已經(jīng)知道恒星與中子星的坍縮爆炸為我們帶來(lái)了形成我們宇宙的幾乎所有物質(zhì),而如果奇異物質(zhì)真的存在其一定也在形成宇宙的舞臺(tái)中扮演著重要角色。
由于其形成條件的特殊性(高溫、高壓)奇異物質(zhì)被認(rèn)為在宇宙大爆炸之初曾大量存在,甚至如今也是(數(shù)量非常多),而隨著時(shí)間流逝其吸收越多,質(zhì)量越大,甚至其被認(rèn)為是占宇宙總質(zhì)量六分之五的暗物質(zhì),而眾所周知暗物質(zhì)對(duì)維持星系結(jié)構(gòu)起著至關(guān)重要的作用??梢哉f(shuō)沒(méi)有暗物質(zhì)的存在,今天我們的太陽(yáng)系絕不會(huì)如此平靜,在地球形成生命的這幾億年大概率會(huì)被諸如流行之類的宇宙天體事件毀滅好多次。
小生以前關(guān)于暗物質(zhì)的文章中提到過(guò)暗物質(zhì)的幾個(gè)特性:
①不發(fā)出也不與電磁波發(fā)生作用:是不是很像中子星內(nèi)部不帶電的中子之類的物質(zhì),可能不是中子而是中微子,也可能是奇異物質(zhì)。
②有質(zhì)量:與奇異物質(zhì)相同,而且累計(jì)起來(lái)質(zhì)量相當(dāng)大,越占整個(gè)宇宙質(zhì)量的六分之五。我們知道組成質(zhì)子與中子的是夸克,在普通情況下其不能單獨(dú)存在。而在中子星內(nèi)部強(qiáng)大的壓力下質(zhì)子與中子可能被解除禁閉形成一個(gè)單單由夸克組成的致密海洋。而這種穩(wěn)定的
③壽命長(zhǎng):恰恰說(shuō)明了其穩(wěn)定性(與奇異物質(zhì)相同)。
④不發(fā)光:奇異物質(zhì)電子早已被中和,根本不存在電子獲得額外能量的情況,當(dāng)然也不發(fā)光。
這些特性與奇異物質(zhì)如此的相似使我們不得不思考其關(guān)聯(lián)性,當(dāng)然也可能是中微子。
形成我們世界的所有物質(zhì)都來(lái)自于恒星的兩次爆炸,而我們?cè)谔剿魑镔|(zhì)本源時(shí)用到的粒子對(duì)撞機(jī)也是在模擬高溫高壓的環(huán)境使粒子互相撞擊分解出更小的基本粒子。
①當(dāng)科學(xué)家開(kāi)始玩磁石與電線,也就是在把玩核外電子時(shí),創(chuàng)造出了如今的光電文明。
②科學(xué)開(kāi)始研究原子核間融合反應(yīng),也就是可控核聚變時(shí),人類永久的解決了能源問(wèn)題,其質(zhì)能轉(zhuǎn)換效率達(dá)到1%,理想情況下可將宇宙飛船加速到光速的百分之10。
③科學(xué)開(kāi)始研究基本粒子.......,也許到那時(shí)候人類已成為如今想象中的“神”了,改變物理規(guī)律,創(chuàng)造高維空間,科學(xué)與玄幻的界線越來(lái)越模糊。
科學(xué)的進(jìn)步根本上來(lái)說(shuō)是基礎(chǔ)物理的進(jìn)步,而探索中遇到的難題不外乎是探究對(duì)象形成條件的苛刻與觀測(cè)實(shí)驗(yàn)手段的局限性。而在高溫高壓的中子星內(nèi)部形成的奇異物質(zhì)正為我們提供了這一探測(cè)對(duì)象,質(zhì)子與中子解除其禁閉形成的基本粒子(夸克),是人類理解宇宙誕生之初的關(guān)鍵信息,了解其形成與規(guī)律的關(guān)系,探索物質(zhì)的本質(zhì)將會(huì)使人類的文明等級(jí)大跨越的發(fā)展。
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