導航:首頁 > 文件處理 > 把宇宙壓縮成一個原子大小

把宇宙壓縮成一個原子大小

發布時間:2023-01-18 14:45:09

⑴ 如果將太陽系縮小到一個原子大小,宇宙居然就一座山那麼大

讀到「魅力科學君」的文章:《如果把銀河系縮小到一個電子的大小,那宇宙會有多大?》感到創意不錯,不過選電子,感覺選錯了參考對象,電子常常被認為是無窮小的,當然,它有0.511兆電子伏特的靜質量,還有1個單位電荷,可以由此推算出等效半徑。不過並不特別令人信服。算出的宇宙半徑結果又太小,在人們的經驗之外,不算很優雅。我把參照物改了一下,重新說一下這個話題。

我們假定太陽系就是一個原子,以前是九大行星,現在是八大行星,把太陽系比著序數為8的氧原子吧,氧原子的直徑為0.148納米,可以記為1.48米杠10億(杠,斜杠,即 "/")。

地球公轉軌道半徑1.5億公里,即1500億米,直徑即3000億米。天王星的公轉軌道直徑約為58億公里(半徑29億公里),即5.8萬億米。在天王星外側,還有很多如矮行星冥王星在內的其它天體,我們不妨將太陽系的范圍選為地球公轉軌道的100倍,即直徑300億公里的球體,即30萬億米的球體。

其實,這不一定合理,科依伯帶一多半包括進來了,而奧爾特雲還在這外面。不過為了敘述方便,我們還是這么選吧。

把太陽系說成氧原子,縮小比例為1杠100萬珥(珥,億億,杠,斜杠,即 "/")。

最近的比鄰星,4.24光年,約為40萬億公里,即4珥(億億)米。縮小100萬珥倍,只有4米杠1兆了,即4微米。這個距離是「氧原子」的直徑的好幾千倍。

銀河系,最新的測量數據是直徑12萬光年。是地球到比鄰星之間的距離3000倍,那麼,銀河系差不多就是12毫米了。

按照大爆炸宇宙學說,宇宙的半徑138億光年,約為銀河系的23萬倍。成比例縮小以後,直徑為2760米,一個小城鎮的尺度。

這就是說,如果太陽系只有一顆原子那麼大,宇宙就一座山那麼大。

附錄:

去年底,今年初,我們提出以:

一二三四五六七八九十廿卅卌

的諧音設置數量級詞:

億珥壭巳兀畄亓芭韭莘碾颯熙

總計14個,珥,億的二次方,壭(讀san),億的三次方,其餘類推。

用「杠」表示「/」,表示小數,也稱為量子2數字,是不是好用,是不是有值得改進的地方?請大家留言指點。

⑵ 如果讓宇宙中所有原子的原子核和電子都緊挨著、不留空隙,有多大

如果讓宇宙中所有原子的原子核和電子都緊挨著、不留空隙,有多大?

這是一個非常有趣的話題,整個宇宙的原子核一個個都挨在一起,這將是一個如何的天體哈,當然事實上並不會存在這樣的天體,但我們可以來討論下假如存在這樣的天體會如何!

可觀測宇宙大約為930億光年,整個可觀測宇宙大約有10^80個原子,那麼一個個原子核大約有多大呢,這好像是一個問題,因為是原子核堆積在一起?

一、原子核堆積在一起的是什麼物質?

我們都知道決定元素屬性的是原子,如果是氫原子那麼組成氫元素,如果是鐵原子那麼組成的將是鐵元素!請問是什麼屬性決定了氫原子直接的差異?

原子的屬性有原子核中的質子決定

一個質子的是氫元素,兩個質子的氦元素....二十六個質子的是鐵元素,不同的中子數則決定同一種元素的同位素,它並不能決定元素的種類,但它會決定元素的活躍度,比如會因為衰變而成為另一種元素。

質子與質子以及中子之間是由強作用力結合在一起的,但在正常情況下電子與質子與中子並不能在一起,因為泡利不相容原理,多顆電子並不佔據一個量子態,因此它們在正常條件下都圍繞在原子核周圍以電子雲模式存在!

但在巨大壓力的作用下,電子是可以被壓入原子核與質子中和成中子,成為一個個中子挨著的狀態,這就是傳說中的中子星物質!

二、所有的中子都挨在一起有多大?

為什麼把電子和質子丟了?如上文所說無限靠近的電子將和質子中合成中子,因此宇宙中剩下的都是中子,那麼將這些中子都結合在一起有多大呢?

中子星的密度為10^11千克/立方厘米,而整個可觀測宇宙的質量的其中一個數據是3.4 x 10^54千克!

那麼這個球體的體積是: 3.4 x 10^43 立方厘米

即 3.4 x 10^37 立方米

如果是一個球體的話,半徑大約為:200.9695億千米的一個球體!

200億千米大概是多大?我們來看一張圖便可知!

1979年出發出發的旅行者1號,截至到2018年11月時它距離地球月216億千米!剛好和這個中子組成的球體差不多大,也就是說這可中子球的直徑並沒有超出太陽的日球層多遠!但廣義上的太陽系以奧爾特雲為界,直徑達一光年!

三、假如這些物質都堆積在一起,會是什麼天體?

其實超過奧本海默極限的中子星就坍縮為黑洞了,根本不可能累積到那麼大,不過我們倒可以來計算下這個質量坍縮後的黑洞視界有多大!

根據上述公式,計算後的史瓦希半徑高達:486.7億光年,這和可觀測宇宙的半徑非常接近(可觀測宇宙其中一個數據是半徑465億光年),當然這也是我們生活在一個黑洞里的原因由來!因為我們在黑洞的視界內,因此即使我們以光速都無法逃離這個處在視界內的宇宙!這個好玩的話題居然帶出了黑洞宇宙話題,實在比較有意思!

當我們在晴朗的夜晚里仰望星空時,通常都會被天空中密密麻麻的星星吸引,這會給我們造成一種感覺,那就是宇宙是充實的,在宇宙空間中布滿了各式各樣的天體。

然而事實卻並不是這樣,因為不管是從宏觀還是從微觀的角度來看,我們所處的宇宙,都是一個不折不扣的「超級虛胖子」。

在我們的印象中,八大行星圍繞著太陽有條不紊的運行,形成了一個熙熙攘攘的太陽系。但實際情況卻是,這些行星非常稀疏地分布在一個半徑大約為45億公里的圓形區域,彼此之間相隔甚遠。

假如將八大行星緊緊地挨在一起,僅僅是地球和月亮之間的距離(約38萬公里),就可以將它們全部裝下。需要指出的是,這樣的物質密度在宇宙空間中已經算很高了,實際上,宇宙的密度比這要低很多,相關數據顯示,宇宙的平均密度僅為(10^-29)克/立方厘米。

再來看微觀世界,如果把一個原子比作一座50層的高樓大廈,那麼這個原子內的原子核大約只有一個乒乓球那麼大,而電子則只是這座高樓里漂浮的幾粒塵埃,除此之外,整個原子空間里幾乎什麼都沒有。

宇宙是如此的空曠,不免令人吃驚,同時也讓人好奇,如果將宇宙中的所有原子核以及電子,全部都緊緊地挨在一起,形成一個不留空隙的物體,那麼這個物體會有多大?

事實上,宇宙中確實存在著這種緻密天體。在大質量恆星生命的末期,它們會因為失去核心的能量而坍塌,並發生威力巨大的超新星爆發,這時巨大的力量會將恆星核心中的電子壓進了原子核,並與原子核內的質子中和形成了中子。

這些中子與原子核內之前的中子一起,被壓縮得緊緊地挨在一起,就形成了一種被稱之為「中子星」的天體。

考慮到宇宙的無限性,這里我們的討論只能在限制在可觀測宇宙的范圍。又因為我們對暗能量、暗物質幾乎一無所知,所以它們也不在我們今天的討論范圍內。

因此,我們可以將這個問題准確地定義為:如果將整個可觀測宇宙壓縮成一顆中子星,那這顆中子星有多大?

這個問題就比較簡單了,我們只需要知道整個可觀測宇宙的質量,以及中子星的密度,就可以得出答案。

已知中子星的密度約為 (10^14)克/立方厘米,而關於可觀測宇宙的質量,目前科學界還沒有統一的數據,這里以「WolframAlpha」(一個計算知識引擎)提供的數據為參考,即可觀測宇宙的質量為(3.4 x 10^57)克。

根據體積公式「體積等於質量除以密度」,通過簡單的計算,我們就可以得出,這顆「超級中子星」的體積為 3.4 x 10^43 立方厘米,即3400億億億億億立方厘米。看起來這個數字很大,但實際換算一下,它只不過是一個半徑約為200億公里的球體而已。

廣義太陽系的半徑大約為1光年,而1光年的距離約為94605億公里,也就是說這顆由整個可觀測宇宙壓縮成的「超級中子星」,其體積遠遠不如我們太陽系大。

是的,我們所處的宇宙就是這么空曠,平均算下來,每立方米的宇宙空間,就只有幾個氫原子。

辯證唯物主義告訴我們,運動是物質的根本屬性,就是說一切物質都是運動的,不運動的物質是不存在的。我們可以從二個極端來思考這個問題。

一、我們知道,宇宙中物質的溫度是有下限的,即絕對零度,物質只能接近絕對零度,但不能達到絕對零度的,因為絕對零度時物質將處於絕對靜止狀態,而絕對靜止狀態的物質是不存在的。我們知道,各種微觀粒子都有對應的運動狀態,甚至運動速度也是一定的,比如光子的速度是光速,電子在原子核的各級軌道上都有對應的運動狀態等。狀態、速度一定時,單位空間的物質粒子越少其溫度就越低,可以假設當宇宙無限膨脹時,宇宙中單位的物質、能量就越少、越低,即無限接近於零度,但不會等於零度的,因為物質是不會無緣無故地消失的。這是一個極限,說到這里若有人感到一頭霧時不要緊,接著往下看。

二、當宇宙中的物質逐漸聚集時,比如現實中星雲聚集成星系,星系中的恆星形成白矮星、中子星、黑洞等,這種聚集使得物質中的空間越來越小,比如黑洞,它是一個奇點,已經小的人們難以想像了,但是,它也不是一個沒有一點空間的絕對實體的,因為前面已經說了,物質都是運動的,而運動是需要空間的,若黑洞的奇點是絕對實體,它就失去了運動的空間,即失去了存在的前提了。現實中的黑洞,今後的歸宿可能是宇宙大爆炸的奇點,這個奇點也不是絕對的實體,而是無限接近絕對實體(即絕對沒有空間的實體)的一種客觀存在。個人認為,當黑洞將本星系中的恆星等天體都吞噬或基本吞噬後,黑洞將相互吞噬,到宇宙演變到最後階段,黑洞迅速聚集成宇宙大爆炸的奇點,當這種奇點聚集成的這一刻,就會立即大爆炸又形成新的宇宙,就是說宇宙大爆炸的奇點與黑洞的奇點不同,黑洞的奇點在宇宙的演變過程中將存在相當長的時間,大約占宇宙生命的三分之二的時間,而宇宙大爆炸的奇點只存在一個時刻、一個時點,為什麼呢?問題就出在「空間」上,物質不能不運動,而運動又需要空間,當宇宙大爆炸的奇點急劇形成時,也是

宇宙中空間急劇接近零的之時,在奇點形成的這一時刻,宇宙中單位能量達到極限,也是溫度的極限,運動速度的極限,能量一定時,空間減小隻能來提高運動速度,當空間無限接近零時,運動的極限就是大爆炸,這就是宇宙大爆炸的成因。那麼黑洞的奇點為什麼不會大爆炸呢?而且可以存在相當長的時間呢?這是因為黑洞的奇點存在著一個界面,這個界面對中心奇點起到平衡作用,使整個星系成為一個存在的整體。

雖然液體和固體非常難以壓縮,但其實組成物質的原子非常空曠,原子中超過99%都是空的。但由於電磁力的存在,阻止了原子被壓縮成又小又密的狀態。如果把人的原子內空間都去掉,人會被壓縮到15微米。那麼,如果壓縮宇宙中所有的原子,使原子核和電子都緊緊挨著,不留空隙,該物質會有多大?

事實上,在宇宙中就有類似這種狀態的天體,那就是白矮星。對於質量不超過太陽8倍的中低質量恆星,當它們耗盡核燃料之時,將會發生引力坍縮,自身重力會壓碎原子的電子殼層,使得原子核被緊密壓縮在一起,這樣的天體被稱為白矮星。經過強烈壓縮之後,白矮星的平均密度可達10億千克/立方米。

那麼,如果把宇宙中的所有物質壓縮成白矮星的狀態,那麼,該物質會有多大?

首先,這里討論的宇宙指的是可觀測宇宙,因為我們不清楚整個宇宙的確切大小。其次,這里討論的物質是指由原子構成的普通物質,不包括那些數量更多的神秘暗物質和暗能量。

據估計,可觀測宇宙中的普通物質總質量至少為10^53千克。根據下式:

m=ρ·V=ρ·4/3πr^3

由此可以算出r 30光年。

可以看到,宇宙空間和原子空間真的非常空曠。可觀測宇宙的半徑在壓縮前可達465億光年,而其中的所有物質壓縮成白矮星的狀態之後,半徑僅為30光年,這要遠遠小於星系的尺度。

不過,如果把宇宙中的所有物質壓縮成白矮星的狀態,這並不會穩定。由於自身重力足夠強大,這會導致電子和中子簡並壓力都被重力壓垮,導致物質無限坍縮,最後的結果將會成為黑洞。那麼,這個黑洞會有多大呢?

根據史瓦西半徑:

這個黑洞的視界半徑只與質量有關,代入數據可以算出為157億光年。這是一個相當大的范圍,沒有任何東西可以逃出該區域。

此前,有人猜測,我們會不會就在一個黑洞的內部呢?

雖然這個猜測看似合理,但計算結果表明並不成立。因為可觀測宇宙半徑遠大於157億光年,而整個宇宙的大小更是不可測量。

宇宙在宏觀和微觀上確實有空隙


的確,宇宙雖然非常廣大,但絕大部分空間是「空的」,星球、星系、星雲和塵埃雜質所佔宇宙空間比例很小,小的幾乎可以忽略。如果把所有物質轉換為氫原子,那宇宙的物質粒子密度大約每立方米只有一個氫原子。這還只是宇宙中宏觀物質之間的空隙,那微觀上每個原子內部又是什麼情況呢?

我們知道原子由原子核與核外電子組成,現代科學已經探明,由質子和中子組成的原子核體積只佔整個原子的幾千億分之一,

核外電子在這「無比巨大」的空間中運動,而核外電子的半徑不大於10^-22米,與質子、中子相比完全可以忽略不計。因此如果把原子空間都壓縮掉,只剩下原子核和電子,那全宇宙的實體物質又會縮小幾千億倍。

這種電子和原子核緊挨在一起的狀態在宇宙中是存在的,就是我們常說的中子星。

所謂中子星就是全部都是由中子緊挨著組成的星體,是將核外電子壓進原子核中的質子後,原子核全部變成中子後形成的。中子星的密度大得驚人,為10^11千克/立方厘米,即每立方厘米1億噸,相當於一個花生米大小的物質重達1億噸。

但是如果想把電子壓進質子,然後把全是中子的原子核緊緊挨在一起需要很大的力量,形成這種狀態或類似的狀態需要特定條件。就目前人類的認識,這種狀態是大質量恆星的最終演化產物,可以說原子收縮的過程就是相應質量的恆星演化的過程,下面我們簡單作一介紹。

不同質量恆星演化的結果也是不同的

據科學研究表明,1.44倍以下太陽質量(錢德拉塞卡極限)的恆星在內部所有核聚變結束後,因失去抵抗恆星自身質量產生的強大引力的能力,恆星會在自身引力的作用下急劇收縮,原子中的核外電子克服泡利不相容原理帶來的壓力,擺脫原子核束縛,游離在原子核周圍,原子空間被大大壓縮,但這時的電子還並沒有壓進質子中,由這種狀態形成的星體叫白矮星,它的密度為每立方厘米1噸。

質量在1.44倍――3.2倍太陽質量(奧本海默極限)的恆星在演化末期,自身強大的引力會進一步克服電子簡並壓,把電子壓進質子形成中子,最終形成中子星。這種狀態應該是題主所說的狀態。當然大於3.2倍以上太陽質量的恆星會克服中子簡並壓,最終形成黑洞或誇剋星。

由於黑洞和白矮星與本題無關,我們只作簡單介紹,在此不多作討論,我們只討論中子星的狀態。

對本題的回答

現在知道了中子星的密度(就是將來把原子核和電子緊挨在一起、不留空隙的密度)ρ=10^11千克/立方厘米,如果再知道宇宙的質量M,根據公式ρ=M/V,就可求出全宇宙所有原子的原子核和電子緊挨在一起、不留空隙的組合起來的體積V了。現在的問題是密度知道了,但真正宇宙的質量無法確定,目前我們只大體知道可觀測宇宙的質量為10^54千克數量級,因此我們只能拿可觀測宇宙來計算,取M為10^54千克,代入Ⅴ=M/ρ,即V=10^54/10^11=10^43立方厘米=10^37立方米。轉換為球體,則V=4πr³/3,算出半徑r=1336731471公里 13.4億公里,這個距離還不如土星到太陽的平均距離14.3億公里遠。

當然,正如上面所說,超過3.2倍太陽質量的恆星是不會成為中子星的,因此全可觀測宇宙物質的原子核不會老老實實湊在一起,它們會繼續坍縮,最終可能成為黑洞。這個黑洞的視界可以通過史瓦西半徑公式Rs=2GM/C²求得,其中G為萬有引力常數,大小為6.67x10^-11牛·米²/千克²,M這里為宇宙總質量,C為光速,可求得Rs=1570億光年。可以看出,如果把整個可觀測宇宙看成一個黑洞,黑洞的史瓦西半徑還大於宇宙成為中子星狀態的半徑,也大於現在可觀測宇宙的半徑(465億光年),難怪有人說宇宙就是一個超級黑洞,

就像別的黑洞一樣,連光也逃不出去,光速成為物體運動最高速,而人類就居住在黑洞里,竟然都活得好好的。哈哈,你們相信嗎?

當然這也很像宇宙誕生的逆過程,它最終也有可能會收縮為一個奇點回到宇宙誕生前的狀態。這時就沒有什麼黑洞視界了,整個宇宙收縮為一點了。

題主說的情況根本不可能發生!因為如果真的把整個宇宙的物質集中在一起,而且還是這么緊密的挨在一起。那麼這些物質會由於質量過於巨大,而直接坍縮為黑洞。變成黑洞之後,體積變得無窮小,就是一個點而已。第二,電子和原子核不可能緊密排列在一起,電子和電子也不會緊緊挨在一起。因為根據量子力學,原子中電子是由特定軌道的,每個軌道只能夠存在兩個自選相反的電子。所以說,題主的假設根本就不可能實現。我們可以把物質集中在一個區域,但是卻無法讓它們「肩並肩」靠在一起。



當然了,如果非要杠,非要用某種超自然力量把它們靠在一起,那麼我們也不妨來看下體積有多大。說實話,電子再小也有體積,電子直徑是10^-15m,雖然小,但總有體積。我們假設原子核也這么大,那麼只要知道宇宙中有多少電子和原子核,就可以大概估算一下整個宇宙物質縮小後的體積。那麼,宇宙中到底有多少物質呢?



其實,這個答案任何科學家都無法給你答案。我們可觀測的宇宙是930億光年,然而整個宇宙並非只有這么大。到底有多大,誰也不知道。可能無窮大,可能大的我們無法想像。總之,你的想像力有多大,宇宙就有多大。如此說來,宇宙中的電子和原子核數目也是無窮的,這樣,即便把整個宇宙的物質集中在一起,其體積仍然可以大到我們無法想像!




我們就像是大海中為微生物,永遠不知道大海有多大。我們短暫的一生,對於宇宙來說,就像是大海眨了下眼睛。所以,任何對於整個宇宙的問題,註定沒有答案!

答:如果把整個可觀測宇宙的物質,聚集成中子星的物質形態,對應半徑只有數億公里,遠遠沒有太陽系的范圍大。

原子由核外電子和原子核構成,原子核又由中子和質子構成,但是在核外電子與原子核之間,其實有著很大的間隙,正常情況下原子核的體積只佔了整個原子的百萬分之一,同樣原子核中質子和中子之間也存在很大的間隙。

在足夠的能量下,電子是可以墜入原子核與質子結合成中子的,宇宙中的中子星就是這么形成的,中子星密度高達每立方厘米10^11kg;目前人類能所處的可觀測宇宙,半徑465億光年,質量大約是10^53kg,有著上萬億個星系。

宇宙中的可見物質,氫元素和氦元素佔了絕大部分,如果我們考慮宇宙中所有原子都轉變為中子,然後中子一個挨著一個,那麼可以粗略估算,宇宙中所有物質組成的體積為:

V=M/ρ=10^36立方米;

對應的球體半徑大約是6億公里(火星軌道半徑是2.3億公里,木星軌道半徑是7.8億公里),當然,這只是一個粗略估算的數值。

實際上,如果宇宙所有物質都聚集在一起,那麼早就塌縮成黑洞了,無法形成中子星的物質形態,理論上中子星的質量上限大約只有3倍太陽質量。

如果我們可觀測的所有物質塌縮成一個黑洞,黑洞質量高達10^53kg,對應的史瓦西半徑高達156億光年,在此區域內沒有任何物質能夠逃離。

當然,以上計算均已可觀測宇宙為基礎,而我們所處的宇宙實際有多大,目前誰也不知道,或許我們可觀測宇宙的范圍,遠遠比我們可觀測宇宙廣袤。

如果讓宇宙中所有原子的原子核和電子都緊挨著、不留空隙,有多大?


這是一個腦洞大開的問題,之所以產生這樣的想法,來源於人們對原子及其內部結構了解地日益深入。我們在中學物理課上都學過,原子是由原子核以及核外電子所組成,其中原子核中又包含著質子和中子(H1是唯一沒有中子的元素),雖然原子的體積非常微小,半徑只有10^(-10)米級別,但是原子核的尺寸更小,其半徑只有10^(-15)米級別,因此組成物質的原子,實際上中間是非常空曠的,超過99%的空間什麼都沒有,這也就給了人們以「壓縮原子」的假想空間。按照這種假設,如果我們能夠把宇宙中的所有物質中的原子都提取出來,並且將它們之間的空間全部壓縮,一點空隙都不留,呈現出來的物體到底有多大呢?


當然,我們窮盡所有能力也不可能做出這樣的實驗,宇宙中也不可能給我們創造這樣的條件去實現這樣的結果。畢竟在微觀世界領域,原子與原子之間有同性原子之間的庫侖斥力作用,這種作用力連太陽內核1500萬攝氏度、幾百萬個大氣壓條件下,也無法大幾率地實現原子中質子與質子的結合,只能藉助於量子隧穿效應,以很低的幾率推動氫核聚變「溫和」地發生。



同時,電子在原子核外的排列,是以量子態的形式隨機分布的,遵循同性相斥力和泡利不相容原理。所以,我們只能假設可以將原子核與電子緊緊相連在一起的情形發生,在此基礎上作一些簡單的分析和計算。

如果純粹地將原子核與電子進行羅列性地排列,那麼只需要計算出宇宙中有多少個原子,然後估算出原子核和電子壓縮之後所佔的空間大小。計算宇宙中原子數量的方法有兩種,第一是通過氫原子數進行估算,因為從太陽系來看,氫元素所佔的比例大約在75%左右,而太陽的質量占據整個太陽系總質量的99.86%,我們大致可以估算出可觀測宇宙中的原子數量,即為可觀測宇宙中的星系數量*每個星系平均的恆星數量*恆星的平均氫原子數量/75%,據此可以估算出宇宙總原子數量為5*10^80個。


第二種方法相對精確一些,方法主要是通過計算宇宙平均密度、普通物質的總量,在扣除暗物質和暗能量之後,再根據宇宙中最常見元素(氫、氦、氧)的豐度來計算原子的總數量,計算結果比較復雜,這里就不一一列出了,最後計算出的結果為7*10^79個。與上面一種方法相對比,差距並不是太大,這里我們取近似值10^80個來計算。


如果將每個原子壓縮成原子與電子緊密排列的情況,那麼最後形成的物體體積的計算表達式為:10^80*4/3*π*(10^-10)^3*10^(-15),其中10^80是宇宙原子總數,4/3*π*(10^-10)^3為每個原子的體積,10^(-15)為壓縮之後的原子體積與原始狀態下原子的體積之比。我們最後計算得出的數值為:4.2*10^35立方米,相當於一個半徑為4.6*10^11米的球體。如果以太陽為中心,那麼這個球體的表面將延伸到4.6億公里的區域。


當然這只是一個理想狀態,實際上如果有外力能將原子核與電子緊緊相連,所提供的這種外力作用完全有可能將電子壓進原子核之內,從而與原子核中的質子結合形成中子,宇宙中的中子星就是大質量恆星在生命晚期,在爆發超新星爆發之後所殘留的核心部分繼續發生坍縮所形成的一種天體,其密度非常之高,每立方厘米可以達到上千億噸。可觀測宇宙中的所有原子和電子,如果都形成這樣的中子星,按照其平均密度來計算,其最後組合形成的球體半徑將達到上百億公里。


但是,在現實宇宙中也不可能形成這樣巨大的中子星,其表面重力早已經使星體發生劇烈坍縮,最終形成一個黑洞。根據恆星演化的路徑來看,在恆星生命晚期所剩餘的物質總量,只要大於4.2倍的太陽質量,即超過奧本海默極限,就有可能繼續坍縮形成黑洞,很明顯剛才測算出的中子星的質量已經遠遠超出了這個極限。如果形成這樣的黑洞,我們可以通過黑洞史瓦西半徑計算公式,來測算出這個黑洞的事件視界的范圍,計算結果達到驚人的160億光年,在這個范圍之內的所有物質,都無法逃脫黑洞的強大引力,至於這些物質的組成形式是亞原子還是別的更微小的粒子,我們目前也無法准確得知。


當然,以上的分析是基於可觀測宇宙中的所有物質來進行推算的,實際上我們所處的可觀測宇宙只是整體宇宙中的極小一部分,畢竟在以地球為中心465億光年的可觀測宇宙之外,由於宇宙膨脹的原因,所有光線再也無法到達地球,可觀測宇宙以外區域的所有信息我們永遠也無法知曉。

目前關於宇宙起源的主流理論認為大約在138.2億年前,宇宙在一個緻密熾熱的奇點爆炸中產生。宇宙在大爆炸之初,產生了中子、質子、電子等形成物質的基本粒子。大爆炸之後隨著宇宙的不斷膨脹,宇宙中的溫度和密度開始下降,這些基本粒子開始形成原子並最終形成了我們今天宇宙中的所有物質。

圖示:宇宙大爆炸

如果將宇宙中所有的原子的原子核和電子都緊挨著,不留空隙,那麼它們會有多大?這個問題讓我想到了宇宙誕生之初。宇宙誕生之初就是這么一個狀態,所有構成宇宙的基本粒子都擠在了一起,沒有空隙。因此我覺得如果發生這種情況,宇宙中的所有原子核和電子都緊挨著,那麼宇宙中的所有物質只有一種結果,那就是宇宙又回到了大爆炸之前的奇點狀態。那麼它有多大?就如同科學家設想的那樣,體積無限小,密度無限大。

原子是構成一般物質的最小單位。在化學反應中,原子是不可在分割的。但是在物理狀態下是可以在分割的。原子是由原子核和電子組成的。電子圍繞在原子核的周圍飛快的轉動著。原子核占據了整個原子的絕大部分質量,但是它卻非常的小。

圖示:原子結構示意圖,中間是原子核,周圍是電子

打個比方,如果我們把原子看做是一個直徑200米的運動場,那麼原子核就是位於運動場中央的一隻僅有5毫米的螞蟻。想像一下原子核是有多麼小。原子內部的空間是有多麼的大?因此才有了問題中的想法,如果我們把原子中這么大的空間全部壓縮掉,讓電子緊挨著原子核會是什麼樣子呢?

電子緊挨著原子核的這種狀態在宇宙中也是存在的,這就是中子星。中子星中的物質的密度極大,每立方厘米的中子星物質大約有1億噸到10億噸。如果把地球壓縮成一顆中子星的話,它的直徑只有22米。宇宙中的中子星的質量在8個太陽到30個太陽質量之間,如果質量再大它就變成黑洞了。

圖示:中子星

所以,如果說把宇宙中所有的原子核和電子都緊挨的話,宇宙將會被大大壓縮。宇宙將變成一個巨大的黑洞,整個宇宙形成的黑洞將會繼續壓縮,最終回到了宇宙大爆炸前的那種奇點狀態。一個無法用數字描述的極小狀態。

圖示:黑洞

這時候的宇宙就會在醞釀著下一次大爆炸,一個全新的宇宙即將誕生!

⑶ 能把宇宙所有物質和能量壓縮到原子核那麼小

理論上能啊。而且還可以比原子核更小得多,可以達到普朗克長度,為10E-33厘米 ,這遠遠小於 原子核的尺度。我們的宇宙就是從這么小尺度的奇點或者奇環爆炸而成的。

⑷ 把整個宇宙壓縮成一個原子核密度,會有多大呢

有人異想天開,如果把宇宙所有原子的電子都壓縮到原子核一起,不留空隙會有多大?這實際上就是把宇宙壓縮成原子核密度。

閱讀全文

與把宇宙壓縮成一個原子大小相關的資料

熱點內容
初二多項式乘法速演算法 瀏覽:453
android多個布局文件 瀏覽:627
奔跑程序員 瀏覽:468
伺服器如何搭建類似github 瀏覽:292
明日之後安卓太卡怎麼辦 瀏覽:502
如何使用命令方塊找到村莊 瀏覽:766
泛函壓縮映像原理 瀏覽:521
win10清除文件夾瀏覽記錄 瀏覽:964
如何查看伺服器域中所有服務 瀏覽:384
學mastercam91編程要多久 瀏覽:999
如何查伺服器地址和埠 瀏覽:911
教學雲平台app怎麼下載 瀏覽:389
單片機510教學視頻 瀏覽:624
陝西信合app怎麼查看自己的存款 瀏覽:663
風冷冰箱有壓縮機 瀏覽:274
android實現wifi連接wifi 瀏覽:669
飛豬app怎麼幫別人值機 瀏覽:924
筆記本開我的世界伺服器地址 瀏覽:546
怎樣隱藏bat命令 瀏覽:127
android開發創意 瀏覽:138