奇异物质——宇宙中最危险的东西

Aoi 2019年09月06日 •  研究报告 2

中子星(neutron star)是除了黑洞以外密度最大的天体,我们或许会在中子星内部发现现存的最危险的物质:奇异物质(strange matter)。它非常极端,甚至可以扭曲宇宙的规则。它会感染并破坏所接触到的一切事物,又或者,我们能从中发现宇宙起源的秘密。
中子星
想要了解这种物质究竟有多奇怪,我们需要先掌握一些基本知识:

什么是中子星?这种奇异物质又是如何打破宇宙规则的呢?

中子星是超新星中一颗巨大的恒星爆炸后的残留物。

发生爆炸后,恒星的核心会在自身引力作用下坍塌,在如此强大的内力作用下,原子核和粒子被紧密地压到了一起。电子(带负电荷)被推进质子(带正电荷)中,于是两者融合形成了中子。原本空荡荡的源自内部突然挤满了粒子,其实粒子们不太愿意这样挤着,不过它们也别无选择。于是粒子们拼命向外推,以抵抗引力和坍塌。如果自身引力获胜,它们会坍塌形成黑洞,如果粒子们的抵抗获得胜利,它们就会变成中子星。这会让中子星那仅有城市般大小的巨型原子核,拥有和太阳一般的质量。

自此,事情就逐渐变得奇怪了起来...中子星内核的环境实在是太极端了,以至于原子核物理的规则都发生了改变。这或许就导致产生了一种奇怪又极端危险的物质。

不过我们要首先知道规则本身,才能理解规则是如何被打破的。

原子核由质子和中子组成,而质子和中子则由更小的夸克(quark)构成。夸克不甘心单独存在,它们处于我们称之为“夸克禁闭”的状态。你可以试着把它们分开,但你越用力,它们就会越努力把自己拉回去。如果你消耗了大量的能量,它们会利用这些能量制造新的夸克。夸克作为构建其他粒子的原料,从来没有以单独夸克的形态被观测到。它们有多种类型,不过似乎只有两种可以形成稳定形态的物质,可以在质子和中子里发现的:上夸克和下夸克。除了这两种夸克以外,其他形式的夸克都很容易衰变。不过,中子星内部的情况似乎不太一样。


夸克类型
构成质子和中子的夸克

中子星内核中存在极端强大的作用力,事实上,内核环境和大爆炸后的宇宙非常接近。中子星的内核就像化石一样,可以让我们回到万物起源之时一窥究竟。因此,了解中子星内部的夸克的行为,是一种了解宇宙本质的方法。一种猜想是,在中子星内部,质子和中子会解除“夸克禁闭”的状态。所有的粒子溶解,并紧密靠在一起,互相融汇成为“夸克浴(quark bath)”。不计其数的粒子构成由纯夸克组成的巨大物质,即“夸克物质(quark matter)”,由夸克物质构成的星体被称为“夸克星(quark star)”。尽管外表看起来,它和普通中子星并没有什么区别,

现在,我们终于可以开始讲讲那个最危险的物质了。如果夸克星内部压力足够大,事情就变得奇怪了。在中子星内核,一些夸克会转变成“奇夸克(strange quark)”,奇夸克有着奇怪的核特性,而且更重。找不到更好的词了,总之就是“更强壮”了。
奇夸克
一旦出现奇夸克,就会产生“奇异物质”,奇异物质或许是最理想的物质形态:极高的密度,极强的稳定性,并且坚不可摧,比宇宙中任何其他物质都要稳定。他们如此稳定,甚至可以存在于中子星外的环境。如果是这种情况,我们就要有麻烦了:它可能具有传染性,每样被它接触的物质,都会被它的稳定性影响,然后被瞬间转化,也变成了奇异物质。
奇异物质
质子和中子会溶解,并成为夸克浴的一部分,这就释放了能量,从而制造出更多的奇异物质。唯一的解决办法,就是把它丢进黑洞。如果一个中子星撞上了另一个中子星,或撞上了黑洞,那么它们内部的巨量物质就会喷射出来。其中可能就有包含微量奇异物质的“奇异夸克团(stangelets)”。奇异夸克团的密度和中子星内核是一样的,它们可以非常小,甚至小到亚原子的尺度,也可以很大,但也不会超过火箭大小。这些奇异夸克团将在星系间飘荡百万年,甚至数十亿年,直到与一颗恒星或者行星偶遇。如果一颗奇异夸克团撞到了地球,地球就会立刻转化为奇异物质。它转化的物质越多,自身就变得越大。最终,所有构成地球的原子都会变成奇异物质。地球会变成一团炽热的奇异物质,只有小行星那么大。
地球被转化成奇异物质
如果奇异夸克团击中了太阳,太阳就会坍塌成一颗奇异星,如干柴遇到烈火般被吞噬掉。太阳的质量不会发生很大的变化,但它会变得非常晦暗,地球就会变成冰封的死星。而且,奇异夸克团像微小的病毒一样,我们无法发现它的到来。更可怕的一些理论认为,奇异夸克团在宇宙中是很常见的,它的数量可能超过星系中所有恒星的总数。奇异夸克团在大爆炸不久后就形成了,那时宇宙中每处都像中子星内核一样炽热而致密。在宇宙不断扩张演化的过程中,奇异夸克团就在星系间横冲直撞。或许奇异夸克团数量更多,体型更大,可能它们就是我们所怀疑的把星系聚集在一起的暗物质(dark matter)。
奇异物质是暗物质吗?
不过或许并不是这样,这也只是一个猜想罢了。在过去几十亿年里,太阳,地球和其他行星,并没有被四处游荡的奇异夸克团吞噬,所以未来也可能不会发生这样的浩劫。

今日所了解到的奇异物质的知识,或许是解释宇宙诞生以及理解宇宙形态的关键。当科学家最初开始摆弄磁体和金属丝,并研究电子的时候,他们也不清楚未来几百年科技会发生怎样的进展。而今天科学家思考中子星和奇异物质的成因时,可能正为人类超乎想象的未来奠基。或许不会,时间会给出答案。

本文源自YoutubeKurzgesagt – In a Nutshell的视频宇宙中最危险的东西~这是一个用色彩明丽的卡通来进行科普的油管主,每一个视频都制作非常精良,通俗易懂,视觉效果很棒,内容也非常丰富,从天文到哲学全都有~ 欢迎对科普感兴趣的小伙伴去积极订阅~

Tags:宇宙冷而无用
上一篇
下一篇

添加新评论

已有 2 条评论

 repostone 1 个月前 • |

大爆炸理论根本就是错的,博主还在这里一本正经的讨论。

 Aoi 1 个月前 • |
@repostone

您好。博主只是一个对这方面比较感兴趣的小白噢,在这里贴出的词句也都是“猜想”,“可能性”。如果您是专业人士,请务必拿出“根本”就错的直接实验数据证据或者理论模型构建的结果哦~如果也是另外一种“尚未证实的猜想”,也欢迎不吝赐教,我了解的比较少~

Title - Artist
0:00