地球上什么物質(zhì)密度最大？

如果要說(shuō)宇宙中密度最高的物質(zhì)，頂級(jí)密度當(dāng)然就是黑洞啦，其核心奇點(diǎn)密度無(wú)限大，也就是無(wú)法估量；其次就是中子星，密度在1~20億噸/cm^3。

這些物質(zhì)在地球上都不可能存在，如果存在我們就無(wú)法存在了。

地球密度是分層次的，越深的物質(zhì)密度越大

地球的結(jié)構(gòu)大體有三個(gè)層次，即地殼、地幔、地核；如果把空氣和海水也算上的話，就有五層，即大氣層、水圈層、地殼層、地幔層、地核層；如果再細(xì)分一下，地幔又可分為上地幔和下地幔，地核可分為外地核（液態(tài)層）、過(guò)渡層、內(nèi)地核。

現(xiàn)在我們從大氣層開(kāi)始，一層層物質(zhì)密度說(shuō)一下。大氣層就是空氣層，在0℃時(shí)地表海平面空氣壓力為1個(gè)大氣壓，空氣密度為1.293kg/m^3（公斤/立方米）。隨著海拔的升高，氣壓會(huì)越來(lái)越低，空氣密度也越來(lái)越小。

地球最高峰珠穆朗瑪峰海拔為8848.86米，上面的氣壓約為海平面的30%，在溫度相等情況下，空氣氣壓和密度成正比例關(guān)系，因此那里的空氣密度約為海平面的30%。

從氣態(tài)物質(zhì)來(lái)看，是壓力越大物質(zhì)密度就越大，其實(shí)其他形態(tài)物質(zhì)也一樣，壓力越大，物質(zhì)密度就越大。而隨著地表往下走，壓力就會(huì)越來(lái)越高，因此物質(zhì)密度也就越來(lái)越大。

水壓隨著深度增加，每深10米會(huì)增加一個(gè)大氣壓。因此在地球海水最深處的馬里亞納海溝，水深達(dá)到12000米，水壓就達(dá)到1200個(gè)大氣壓。但水的密度與溫度關(guān)系更為密切，在4攝氏度時(shí)密度最高，約為999.972kg/m^3，一般采用1g/cm^3（克/立方厘米）。

水在地球常見(jiàn)壓力下，隨著溫度升高或降低，密度都會(huì)相應(yīng)降低，而一般壓力對(duì)水的密度影響不大，因此人們才發(fā)明了水壓機(jī)，通過(guò)水轉(zhuǎn)換傳遞強(qiáng)大的壓強(qiáng)來(lái)鍛壓設(shè)備部件。

海水密度與含鹽量有密切關(guān)系，一般在1.02～1.07 g/cm^3，由于一般水壓對(duì)水的密度影響不大，因此即便在地球最深處的馬里亞納海溝底層，水的密度也沒(méi)有明顯變化。

地球物質(zhì)平均密度為5.518g/cm^3，除了水，其他物質(zhì)在不同深處密度是不一樣的。

地殼主要由巖石組成，平均厚度約35公里，平均物質(zhì)密度在2.6~2.9g/cm^3之間；上地幔深度在地殼之下，約距地表980公里之上，物質(zhì)密度約在3.2~3.6g/cm^3之間；下地幔在距地表980公里到2900公里之間，物質(zhì)密度在5.1~5.6g/cm^3之間。

外地核距地面約在2900公里到4700公里之間，物質(zhì)密度在10.0~11.4g/cm^3之間；過(guò)渡層在距地表4700公里到5100公里之間，密度約為12.3g/cm^3；內(nèi)地核在距地表5100公里到6371之間，密度約為12.5g/cm^3。

地球上最大壓力的地方是在地核，約為360萬(wàn)個(gè)大氣壓，是太陽(yáng)核心約3000億個(gè)大氣壓的0.000012倍，也就是約10萬(wàn)分之1.2倍；而比起中子星核心10^28個(gè)大氣壓力，則只有100萬(wàn)億億分之3.6。

因此，地球密度最高的物質(zhì)就是在地核深處，也就是每立方米約為12.5噸。但這是物質(zhì)在不同深處的平均密度，而從各種元素來(lái)看，密度各不相同。

地球不同物質(zhì)元素的密度

一般來(lái)說(shuō)，地球物質(zhì)分為五種狀態(tài)，即氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)、等離子態(tài)、玻色~愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，常態(tài)物質(zhì)氣態(tài)密度最小，液態(tài)次之，固態(tài)密度最大。當(dāng)然也有例外，如軟木屬于固態(tài)，就比液態(tài)密度小。

等離子態(tài)是在高溫或高壓環(huán)境，物質(zhì)原子中的電子被部分驅(qū)離，導(dǎo)致原子核和電子分離，但又若即若離混在一起成團(tuán)的現(xiàn)象。一般在高溫火焰、閃電、電弧、日光燈啟動(dòng)等現(xiàn)象中可見(jiàn)，太陽(yáng)就是一團(tuán)巨大的等離子體。而玻色~愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)是在人造接近絕對(duì)零度（-273.15℃）條件下，物質(zhì)呈現(xiàn)出來(lái)的一種特殊性質(zhì)。這兩種形態(tài)的物質(zhì)我們今天就不討論了。

人類(lèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的元素有118個(gè)，從密度來(lái)看，金屬元素密度最高。常見(jiàn)的一些金屬元素密度為（g/cm^3）：鐵7.87、銅8.96、銀10.5、鉛11.34、汞13.55、金18.88、鎢19.3、鉑21.45、銥22.42、鋨22.48。

目前，單質(zhì)元素密度最高的是鋨，元素符號(hào)為Os，其原子序數(shù)為76，相對(duì)原子質(zhì)量為190.23，熔點(diǎn)為3045℃，沸點(diǎn)在5027℃以上。這是一種灰藍(lán)色金屬，質(zhì)地極硬但很脆，放在鐵臼里就可搗碎。搗碎的鋨粉呈藍(lán)黑色，可自燃，其蒸氣有劇毒，強(qiáng)烈刺激人眼，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致失明。

鋨屬于極稀有金屬，儲(chǔ)量極少，且伴生分散于其他礦藏中，全世界每年能夠得到的鋨總量以公斤計(jì)。

由于某些元素儲(chǔ)量太少，或在自然條件下極不穩(wěn)定，因此在人類(lèi)發(fā)現(xiàn)的118種元素中，有26種是通過(guò)人造得到的。這些人造元素都是在極端條件下，在對(duì)撞機(jī)“撞”出來(lái)的，量極少，有的只有幾個(gè)原子。如118號(hào)元素Og只獲得過(guò)3個(gè)原子，而且轉(zhuǎn)瞬即逝，通過(guò)精密儀器探測(cè)，才證實(shí)這種元素真的存在，得到世界科學(xué)界的承認(rèn)。

人造元素钅黑（念黑），化學(xué)符號(hào)為Hs，原子序數(shù)為108，相對(duì)原子質(zhì)量為265，是一種過(guò)渡金屬，也是迄今為止密度最大的元素，密度約為40.9g/cm^3。這種元素的半衰期只有半毫秒，1秒等于1000毫秒，半毫秒有多長(zhǎng)？因此在自然界根本無(wú)法存在。,

在地球上，能證明密度最大的物質(zhì)大概就是單質(zhì)钅黑元素了。這些元素比起宇宙中特殊天體物質(zhì)密度，實(shí)在是小小小巫見(jiàn)大大大巫了，無(wú)法類(lèi)比。

為啥地球上就不能存在中子星這種極高密度物質(zhì)呢？

這是因?yàn)榈厍蛸|(zhì)量太小了，只有太陽(yáng)質(zhì)量的33萬(wàn)分之一，且體積很龐大，半徑達(dá)到6371公里。要知道一顆中子星質(zhì)量至少是太陽(yáng)的1.44倍，半徑只有10~20公里。也就是說(shuō)中子星的質(zhì)量至少是地球的47萬(wàn)倍，而半徑只有地球的637~318分之一，體積只有地球約數(shù)千萬(wàn)分之一到數(shù)億分之一。

根據(jù)牛頓萬(wàn)有引力定律，引力大小是與質(zhì)量成正比，與距離平方成反比的，表述為：F=GMm/r^2。由此，我們可以看出，一個(gè)星球的質(zhì)量越大，體積越小，表面距離引力質(zhì)心就越近，引力（也叫時(shí)空曲率）就越大。

根據(jù)這個(gè)規(guī)律，我們可以得到計(jì)算天體重力加速度的公式為：g=GM/R^2，或者重力公式G=mg。這里g表示重力加速度，單位m/s^2（米/平方秒） ；G為引力常量；M為天體質(zhì)量，單位kg（千克） ；R為與天體質(zhì)心距離，單位m。

根據(jù)這個(gè)公式，我們可以簡(jiǎn)單計(jì)算出地球的重力加速度g≈9.8m/s^2（米/平方秒），也可以理解為重力g≈9.8N/kg（牛頓/千克）。我們簡(jiǎn)單計(jì)算一顆半徑為20公里，質(zhì)量為太陽(yáng)1.44倍的中子星，重力g≈4802.4億N/kg，是地球重力約490億倍；如果這顆中子星質(zhì)量為太陽(yáng)的3倍，半徑只有10公里的話，則重力g≈40020億N/kg，是地球重力約4084億倍。

地球物質(zhì)都是由原子構(gòu)成的，而原子有一個(gè)堅(jiān)硬的電子外殼，原子核躲在原子核心只占原子體積的數(shù)千億到萬(wàn)億分之一，卻占有整個(gè)原子99.96%的質(zhì)量，因此所有由原子組成的物質(zhì)，從微觀世界來(lái)看都是虛空的。

但要突破這個(gè)堅(jiān)硬的電子外殼，在地球上幾乎是不可能的，只有在強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)里人工制造接近光速的粒子對(duì)撞下才能夠突破。這種高速對(duì)撞也能制造強(qiáng)大壓力，但地球上只能在微觀粒子層面創(chuàng)造出這種壓力，也可以說(shuō)達(dá)到中子星物質(zhì)層面的物質(zhì)，但人眼是無(wú)法看到的，且轉(zhuǎn)瞬即逝 。

而在中子星這種巨大重力下，原子就被壓碎了，電子被壓縮近原子核，這樣物質(zhì)密度就增加了幾千億到上萬(wàn)億倍，因此就成為極端致密的物質(zhì)。而在地球上，根本不可能形成這樣巨大的壓力，當(dāng)然就不可能存在中子星這種密度物質(zhì)了。

高度致密的天體質(zhì)量越大體積越小，最終歸于虛無(wú)

在中子星上超巨大重力的壓榨下，我們認(rèn)知的所有地球物質(zhì)原子外殼都被壓碎了，帶負(fù)電的電子被壓縮進(jìn)了原子核里面，與帶正電的質(zhì)子中和成為中子，加上原有的中子，這樣整個(gè)中子星星球就成為由中子組成的巨大原子核了，這就是中子星名字的來(lái)源。

中子星的密度達(dá)到原子核密度，甚至更高。因?yàn)檫@個(gè)原子核都是由中子組成，依靠中子與中子之間的簡(jiǎn)并壓（相互排斥力）維持著星體的形狀，這種現(xiàn)象叫泡利不相容原理，關(guān)于這個(gè)原理過(guò)去說(shuō)過(guò)多次，今天就不展開(kāi)說(shuō)了。

一般來(lái)說(shuō)，中子星質(zhì)量越大，重力壓力就越大，依靠中子簡(jiǎn)并壓維持的星體就被壓縮得越致密，因此體積就會(huì)越小。中子星通過(guò)強(qiáng)大引力會(huì)不斷捕食附近天體和星際物質(zhì)，質(zhì)量不斷增大，當(dāng)質(zhì)量達(dá)到太陽(yáng)約3倍時(shí)，中子簡(jiǎn)并壓就無(wú)力支撐自身重力了，會(huì)發(fā)生爆炸或迅速坍縮成為一顆黑洞。

黑洞的質(zhì)量與體積關(guān)系遵循史瓦西半徑原理。所謂史瓦西半徑，是指任何物質(zhì)都有一個(gè)自己質(zhì)量的臨界半徑，只要縮小到這個(gè)臨界半徑里，就會(huì)無(wú)可奈何、無(wú)法逆反地成為一顆黑洞。

史瓦西半徑公式為：R=2GM/C^2。這里的R為史瓦西半徑值，G為引力常量，M為天體（或任意物體）質(zhì)量，C為光速。

根據(jù)這個(gè)公式計(jì)算，太陽(yáng)的史瓦西半徑約為2952米，地球的史瓦西半徑約為8.8毫米；而一個(gè)3倍太陽(yáng)質(zhì)量的中子星坍縮成黑洞后，史瓦西半徑不到9000米。

根據(jù)黑洞理論，史瓦西半徑不是黑洞的體積，只是黑洞質(zhì)量在其自身周?chē)纬傻囊粋€(gè)球形曲率空間，黑洞質(zhì)量實(shí)體藏在黑洞核心一個(gè)體積無(wú)限小的奇點(diǎn)上。這個(gè)在我們世界已經(jīng)虛無(wú)的奇點(diǎn)，在周?chē)纬梢粋€(gè)無(wú)限曲率，也就是無(wú)限引力的球形空間，這個(gè)球形空間就叫史瓦西半徑。

但太陽(yáng)和地球都不可能成為黑洞，因?yàn)闆](méi)有這么大的壓力把它們壓進(jìn)自己質(zhì)量的史瓦西半徑里。在宇宙中，只有約太陽(yáng)質(zhì)量3倍以上的中子星這種致密天體，才具備壓縮成黑洞的重力，而恒星則需要30~40倍太陽(yáng)質(zhì)量，在死亡前發(fā)生超新星大爆炸才有可能形成黑洞。

任何物質(zhì)一旦靠近并被吸進(jìn)黑洞的史瓦西半徑（又叫黑洞事件視界），就有去無(wú)回只能墜落到奇點(diǎn)里。這就是黑洞會(huì)吞噬宇宙一切物質(zhì)，質(zhì)量和事件視界變得越來(lái)越大的原因。這也是地球上無(wú)法存在中子星物質(zhì)，更無(wú)法存在黑洞的原因。對(duì)此，各位有何見(jiàn)解？歡迎討論，感謝閱讀。

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