把整個(gè)宇宙壓縮成一個(gè)原子核密度，尺寸會(huì)有多大？

有人異想天開(kāi)，如果把宇宙所有原子的電子都?jí)嚎s到原子核一起，不留空隙會(huì)有多大？這實(shí)際上就是把宇宙壓縮成原子核密度。

這個(gè)問(wèn)題看起來(lái)很復(fù)雜，但實(shí)際上很簡(jiǎn)單，因?yàn)樵谖覀冇钪嬉呀?jīng)有這樣的物質(zhì)了，只要我們知道了宇宙的質(zhì)量，掰一下指頭就出來(lái)了。

原子是一個(gè)虛胖子，某種意義上來(lái)說(shuō)地球物質(zhì)都是疏松的。大家知道，我們地球上所有的物體都是由原子組成的，而原子是由原子核和核外電子組成的?，F(xiàn)代研究認(rèn)為，原子核占有了整個(gè)原子99.96%的質(zhì)量，但在原子里占有的體積卻很小。小到什么程度呢？原子核在原子中心，被一個(gè)巨大的電子外殼包裹著。

電子很小，量子力學(xué)認(rèn)為電子以電子云的方式圍繞著核子運(yùn)行，電子與原子核之間是被電磁作用力約束，一般情況下，既無(wú)法離原子核遠(yuǎn)去，也無(wú)法掉落到原子核上。但電子得到相應(yīng)能量時(shí)才會(huì)個(gè)別脫離原子核控制，使這個(gè)原子成為離子。

我們今天不討論這個(gè)，只討論原子大小與原子核的比例。原子的直徑約為10^-10m，就是100億分之一米或0.1納米；原子核的直徑為10^-15m，也就是千萬(wàn)億分之一米或者1飛米，是原子直徑的10萬(wàn)分之一。這樣原子核的體積就約原子的1000萬(wàn)億分之一，可以認(rèn)為，如果物質(zhì)是以原子核的形式存在的話(huà)，應(yīng)該是我們世界能夠認(rèn)識(shí)物質(zhì)的極限了。這樣說(shuō)來(lái)，我們地球上所有的物質(zhì)是由一個(gè)個(gè)原子組成的，但這個(gè)原子是被電子外殼包裹著的虛空狀態(tài)，因此所有的物質(zhì)都是疏松的。有沒(méi)有辦法將物質(zhì)壓實(shí)成為密實(shí)的物質(zhì)呢？

當(dāng)然有，但這種力量在地球上是沒(méi)有辦法的。因?yàn)橐岩粋€(gè)原子壓碎需要極端的壓力，只有太空中巨大恒星才有這種壓力。我們太陽(yáng)這樣質(zhì)量的恒星是沒(méi)有這個(gè)能力的，它在演化后期，中心核聚變停止后，巨大的恒星質(zhì)量引力壓只可以把核心物質(zhì)壓成一個(gè)白矮星，也就是電子簡(jiǎn)并態(tài)星球。

組成白矮星的物質(zhì)雖然原子被壓變形了，部分電子被壓跑了成為自由電子，但依然漂浮在原子核的周?chē)?，原子核并沒(méi)有赤裸裸的靠在一起，而是懶洋洋的漂浮在自由電子組成的海洋里，這種物質(zhì)就還沒(méi)有達(dá)到原子核的密度，只能達(dá)到每立方厘米約有數(shù)噸的質(zhì)量。

只有更大的恒星或者白矮星通過(guò)吸積達(dá)到一個(gè)質(zhì)量閾值，也就是錢(qián)德拉塞卡極限，其電子簡(jiǎn)并壓就無(wú)法支撐這種狀態(tài)了，就會(huì)迅速坍縮成一個(gè)中子星。

中子星就是電子與原子核擠在了一起，成為原子核密度的物質(zhì)狀態(tài)。這種恒星質(zhì)量必須達(dá)到太陽(yáng)的8倍以上，演化后期中心停止核聚變后，會(huì)把核心物質(zhì)壓縮成一個(gè)中子星；而白矮星通過(guò)吸積，質(zhì)量達(dá)到太陽(yáng)的1.44倍，就是錢(qián)德拉塞卡極限，就也會(huì)坍縮成一個(gè)中子星。

中子星的中心壓力達(dá)到10^28個(gè)地球海平面大氣壓，是地球地心壓力300萬(wàn)個(gè)大氣壓的3x10^21倍，也就是30萬(wàn)億億倍；是太陽(yáng)中心3000億個(gè)大氣壓的3x10^16倍，也就是3億億倍。

在這樣強(qiáng)大的壓力下，電子簡(jiǎn)并壓被壓垮，以中子簡(jiǎn)并壓的形式支撐著星球不垮塌。這時(shí)候，電子全部被壓縮進(jìn)了原子核里面，由于電子是帶負(fù)電荷，質(zhì)子帶正電荷，電子被壓縮進(jìn)了原子核與質(zhì)子中和成了中子，中子是不帶電荷的粒子，這樣整個(gè)星球就成為由中子組成的物質(zhì)，這種物質(zhì)的密度與原子核相當(dāng)。

到此為止，雖然物質(zhì)已經(jīng)沒(méi)有我們認(rèn)知的118種元素性質(zhì)了，但物質(zhì)還是以一個(gè)我們可認(rèn)知的形態(tài)保持著。

泡利不相容原理是這種特殊密度物質(zhì)存在的依據(jù)。不管是白矮星的電子簡(jiǎn)并態(tài)，還是中子星的中子簡(jiǎn)并態(tài)，都是遵循泡利不相容原理而存在的物質(zhì)。泡利不相容原理認(rèn)為，費(fèi)米子粒子都有相互排斥的特性，就像一群小孩子玩耍，相互都有不愿意讓同伴靠近的性質(zhì)，這樣粒子之間就會(huì)產(chǎn)生一種壓力，叫量子簡(jiǎn)并壓。這種壓力會(huì)抵抗住巨大的引力壓，讓物質(zhì)保持一定的形態(tài)。

不同粒子的簡(jiǎn)并壓層次是不一樣的，電子簡(jiǎn)并壓與中子簡(jiǎn)并壓抵御引力壓的能力就相差甚遠(yuǎn)。當(dāng)壓力進(jìn)一步加大時(shí)，物質(zhì)就會(huì)向更高一級(jí)簡(jiǎn)并壓坍縮。中子簡(jiǎn)并壓的極限叫奧本海默極限，就是一個(gè)典型不旋轉(zhuǎn)中子星質(zhì)量達(dá)到2.06個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量時(shí)，中子簡(jiǎn)并壓就垮塌，無(wú)法支撐自身引力壓，繼續(xù)坍縮成一個(gè)黑洞。

但不旋轉(zhuǎn)的中子星似乎并不存在，至少迄今并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，因此對(duì)于一個(gè)旋轉(zhuǎn)的中子星奧本海默極限并沒(méi)有嚴(yán)格界限，這或許與中子星的旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)。一般認(rèn)為，旋轉(zhuǎn)的中子星奧本海默極限在3~3.2個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量之間。

理論上黑洞已經(jīng)不是物質(zhì)形態(tài)了，所有物質(zhì)無(wú)限坍縮到中心那個(gè)無(wú)限小的奇點(diǎn)里。而中子星就是以原子核形態(tài)存在的物質(zhì)。如果整個(gè)宇宙壓縮成原子核物質(zhì)，那么有多大呢？

首先要確定的是宇宙有多大。事實(shí)上，我們現(xiàn)在并不知道宇宙到底有多大，因?yàn)橛钪嬗袃蓚€(gè)視界我們無(wú)法進(jìn)行觀測(cè)。一個(gè)是過(guò)去視界，就是宇宙大爆炸后38萬(wàn)年間對(duì)電磁波是不透明的，人類(lèi)無(wú)法了解這部分宇宙；還有宇宙膨脹整體疊加速度很快，遠(yuǎn)超過(guò)光速，因此有一個(gè)未來(lái)視界，也就是在遙遠(yuǎn)可觀測(cè)宇宙邊際，那里的星光永遠(yuǎn)也不會(huì)傳到我們這里，人類(lèi)也無(wú)法知曉這一塊宇宙有多大。

現(xiàn)在科學(xué)界從理論上得出宇宙的可觀測(cè)半徑大約有465億光年，我們只能夠來(lái)計(jì)算一下這部分宇宙有多大。如果把這部分宇宙比喻為一個(gè)虛空的原子，現(xiàn)在把它壓縮成一個(gè)原子核，那么就是直徑縮小10萬(wàn)倍，也就是半徑46.5萬(wàn)光年。

這種簡(jiǎn)單算法似乎不能滿(mǎn)足一些人的要求，因?yàn)樗鼈円氖请娮訑D在原子核一起的效果。

那么就需要按質(zhì)量來(lái)計(jì)算，宇宙的質(zhì)量有多大呢？實(shí)際上，宇宙質(zhì)量也沒(méi)有確切的數(shù)據(jù)，我們只能估算了一下。我們銀河系質(zhì)量約2000億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，這樣就約為4x10^41kg。宇宙中大致存在1萬(wàn)億~10萬(wàn)億個(gè)星系，如果按照平均1萬(wàn)億個(gè)銀河系計(jì)算，質(zhì)量約為4x10^53kg。

中子星的密度相當(dāng)于原子核的密度，約1億~20億噸/cm^3。我們現(xiàn)在按照中子星密度來(lái)計(jì)算，將密度折中一下，按10億噸/cm^3來(lái)計(jì)算，可以得出宇宙體積為4x10^41cm^3，折合成立方公里，就是4x10^26km^3。

如果這些體積是一個(gè)球，那就是約4.57億千米半徑的一個(gè)球。

兩種算法得出的結(jié)果天壤之別，這是因?yàn)橐环N是把虛空縮小來(lái)計(jì)算，另一種是把所有的物質(zhì)集中起來(lái)壓縮計(jì)算，得出的結(jié)果當(dāng)然完全不一樣。

如果宇宙是10億個(gè)星系，則宇宙總質(zhì)量為4x10^54kg，壓縮成中子星就是一個(gè)9.85億千米的球。

但這只是宇宙可見(jiàn)物質(zhì)的質(zhì)量?，F(xiàn)代研究認(rèn)為，宇宙可見(jiàn)物質(zhì)質(zhì)量只占4.9%，暗物質(zhì)和暗能量占有宇宙總量的95.1%，這樣我們的宇宙質(zhì)量就加大了約19.2倍。如果還按照1萬(wàn)億個(gè)星系計(jì)算，把這部分質(zhì)量加進(jìn)去，宇宙總質(zhì)量就有7.68x10^54kg，這個(gè)球半徑就有約12.2億千米。

這種壓縮太恐怖了吧？一個(gè)465億光年半徑的可觀測(cè)宇宙，壓縮成中子星只有不到10億千米的一個(gè)球。在太陽(yáng)系，木星到太陽(yáng)平均距離約7.78萬(wàn)千米，土星到太陽(yáng)平均距離約14.3億千米，也就是說(shuō)，這個(gè)被壓縮的宇宙只有太陽(yáng)系木星軌道左右大小。

而距離我們不到1萬(wàn)光年的盾牌座uy，是一顆演化到末期的紅超巨星，這顆恒星的半徑就有約12億千米，把暗物質(zhì)暗能量都算上的宇宙壓縮成中子星大致就是盾牌座uy這么大了。

當(dāng)然這種球是不可能真正存在的，這里只是一個(gè)游戲而已，原因就不解釋了。

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