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如果中子星上一块体积为1立方厘米的物质软着陆到地球,会发生什么?

问:如果中子星上一块体积为1立方厘米的物质软着陆到地球,会发生什么?

诚然如以上的一些答主所说,这样的物质根本无法从中子星分割出来,更无法运送到地球上。但既然题主提出了这样一个脑洞的问题,我们不妨假想这一小块儿中子星的物质,在保证其物理特征不变的情况下,落在地球上会出现怎么样的情况?

为什么我想设想1立方厘米的中子星物质继续保持原有性质?

我们知道中子星,形成于极端的物理环境之下,巨大引力将物质的电子压进了原子核之中,使得质子与电子合并为中子。但维持中子星物质的状态一定得还在巨大的引力之下吗?不见得。就像黄金是在超新星爆发的极端物理过程中形成的,但爆发过去后,黄金还会主动变成铁吗?显然不会。

而中子星物质也是一样,极端的物理环境已经改变了它的物理性质,中子星成为了由核力维系的特殊物质。它的成因和维持这种性质需要的环境是两个概念,而如何能维持它的性质还从未有过实验验证,也没有专业学术的论文解释过,但至少不一定还需要与形成时等同的物理环境。

当然,中子星物质离开中子星,也一定会产生一些变化,但并不会就像一些人说的完全转化为能量爆炸了,然后直接用质能公式E=mc^2来计算其威力。

据我们现在所知,在地球的环境中,中子要转换为质子和电子,至少是以β衰变的形式来转换的。而β衰变的半衰期分布在接近10秒到10年的范围内,中子星物质到底是10秒,还是10年,我们并不知道,我们也并不知道它会衰变为什么物质。

既然如何,为何不能假设它在短时间内继续保持呢?

如果中子星上一块体积为1立方厘米的物质软着陆到地球,会发生什么?

而我喜欢的科普男神——卡尔·萨根——是这样描述的

一立方厘米的中子星物质,质量大约可达到1亿吨到10亿吨之间,相当于地球上的一座高大的山峰。如果有这样一块儿物质让它在地球上自由落下,这块物质会像石头穿过空气一样,毫不费力底穿透地球。从地球的一端直接穿透到另一端,盘旋了一会儿又钻回地底。

如果地球刚好在这小块物质下方自转,那这团中子星物质直至与地球相互摩擦停止之前,会反复地穿过自转的地球,为地球留下成千上万个小洞,而最终停留在地球中心位置。而这时我们的地球内部看起来就会像一个瑞士奶酪一样千疮百孔。不过随后,地下的岩浆和熔岩,会慢慢抹平这些创伤。

虽然,一立方厘米的中子星物质在地球上不可能存在,但更小团的类似中子星的物质在地球上却随处可见。因为中子星看起来就像一个大号的原子核,那么地球上所有物质的原子核都可以看成一个缩小版的中子星。它们隐藏在每一只老鼠体内,每一口我们呼吸的空气之中,每一样美味的食物之中……可怕的中子星能量就潜伏在每一个原子核中。这样想来,看似可怕的中子星,实际上就是我们司空见惯的的事物罢了。

如果中子星能对应原子核,那黑洞对应什么呢?

顺着这个思路,如果我们不妨继续脑洞一下,既然中子星可以对应看成一个原子核,那么中子星进一步坍缩之后的黑洞,能够对应那种微观物质呢?我觉得黑洞可以对应成我们日常所说的质子。

质子由三个夸克构成。虽然我们知道了有夸克的存在,但是由于“夸克禁闭”现象,我们无法把它们分离出来,三夸克总是三位一体。

也就是说,我们无法打开质子的内部空间,就好像黑洞一样,我们知道它有“三毛定理”描述的三个物理量,但却无法打开黑洞的内部空间。“三个物理量”对应“三个夸克”,而质子空间同样与黑洞空间一样对外隔绝。“夸克禁闭”与“事件视界”在某种程度上何其相似。只是质子的电荷力变成了黑洞巨大的引力。

打破思考边界,中子又能对应什么?

好啦,我们继续脑洞。既然质子可以对应成黑洞,那一个中子(一个中子和中子星这样的一堆中子完全是两个概念)又可以对应成什么了?

一个中子同样由三个夸克构成,只是电荷相互抵消之后呈电中性。而黑洞大家都知道它是由大质量的天体坍缩形成的,而质量等同于能量,所以说黑洞可以看成是把能量压缩到极致而形成的。能量集中到一点造成的时空扭曲对外表现为巨大的引力。那有没有什么东西把它压缩到极致之后,不会形成巨大的引力呢?

或许它不是一种什么东西,而是像夸克一样几种什么东西,混合而成。由此,我联想到了导致宇宙无限膨胀的暗能量。如果把表现为引力的能量与表现为排斥力的暗能量,等比例糅合在一起,压缩至极致,是不是就可以变成一种既没有排斥力也没有引力的奇异超浓缩物。而宇宙中可能存在这样的东西吗?或许没有。但或许这就是宇宙大爆炸之前的那一个奇点。

如果中子星上一块体积为1立方厘米的物质软着陆到地球,会发生什么?

关于“宇宙奇点”的猜想

任何物质在微小尺度上,必须遵循量子的特征。

但实际上我们所谓的量子特征只是基于能量世界的微观特征而已,而暗能量世界的微观特征是否如此,我们还不得而已,毕竟我们连暗物质是什么都还无法确定,不是吗?

但基于能量与暗能量的相反特质,是否可认为“暗量子”(这名字我脑洞的)的特征一定是抑制“量子不确定性”的某种表现形式。

一个呈“中性”的宇宙奇点。经历了漫长悠久的岁月(宇宙大爆炸前时间的概念不存在,也可认为只是一瞬)。一天,突然出现了量子隧穿效应。导致平衡的破坏,暗能量的排斥力引起了大爆炸。爆炸产生了“空间”,空间让暗能量与能量出现了分离的可能,爆炸也让宇宙有了起点,产生了时间。

如何解释现今观察到的宇宙膨胀及物质出现?

大爆炸后,暗能量主导宇宙空间的膨胀,而能量主导空间的收缩。随着空间的出现及变化就有了时间的概念,时间与空间相互依存,即爱因斯坦所说的“时空”。由于能量具有收缩效应,所以在宇宙小尺度上必然凝聚形成物质,而暗能量具有外溢效应,所以在宇宙大尺度上暗能量必然让空间膨胀,而越靠“外”膨胀越快。

随着膨胀,暗能量逐渐稀释,宇宙膨胀的速度会减慢。宇宙在大爆炸最初的暴胀阶段后确实是减慢了膨胀的速度,但由于能量凝聚为物质,宇宙“外延”空间中抗衡暗能量的能量减少了,所以宇宙就又开始加速膨胀。这样就能解释宇宙的暴胀到减速再到宇宙现在的膨胀加速现象。

也就是说宇宙膨胀加速,意味着宇宙中新的星系或物质的诞生加速。

这一假设可能存在的问题,以及解决思路。

这个“宇宙奇点”的假想,是基于能量和暗能量平衡推导出来的。也就是说,能量与暗能量的总量必须对等。然而,现在科学界普遍认为宇宙中正常物质只占4.9%,暗物质占26.8%,剩下68.3%都属于暗能量,这正是今年诺贝尔物理学奖得主吉姆·皮布尔斯(James Peebles)发现的。

这样看来,暗能量的总和远大于能量(正常物质与暗物质都属于能量)的总和。难道这个假想就不成立了吗?不见得。

如果结合弦理论对微观世界的描述,所有的物质都是由普朗克尺度下的弦振动而产生的。那让弦振动的能量是那来的?

是否可以这样认为,剩下的那一部分缺失的能量被锁在了普朗克尺度之下,而这个尺度下对现有的物理定律都不适用,所以我们无法探测这部分能量,但这些能量能引起弦的震动。

普朗克尺度下,之所以物理定律不适用,极有可能就是弦理论说的卷缩的高维空间,这里的能量有了高维空间的性质。

而在靠近普朗克尺度的微观世界,微粒子受到这部分高维能量的影响,才表现出如鬼魅般的“量子不确定性”现象。只有当这些微粒子聚合在一起,受到宏观“暗量子”的影响,才能稳定为宏观的确定性。

如果中子星上一块体积为1立方厘米的物质软着陆到地球,会发生什么?

继续思考,普朗克尺度下的空间结构与作用

这有点类似黑洞空间的概念。只是黑洞是由于巨大的引力将能量强行锁进了一个点内。而普朗克尺度下的能量被锁在弥散的空间内,也就是说被分散锁在无数的点内,所以没有表现为巨大的引力,这也许就是真空能,而这些能量只有通过普朗克尺度下弦的震动,才能被重新释放出来。

而“宇宙微波辐射”与其说是宇宙诞生的余晖,不如说是被锁在普朗克尺度下的空间中,还未被用于弦振动的能量。

而如果普朗克尺度下的空间,与黑洞奇点的空间是连通的,那就能衍生另一大猜想:“黑洞”是吸收物质的普朗克尺度下空间的入口,而爱因斯坦场方程预言的“白洞”就是普朗克尺度下空间的出口,但它并不像黑洞一样集中在某一点,而是弥散在真空中。真空即白洞,而所谓的弦正是在卷缩的高维空间里加工能量,产生物质重新抛洒进宇宙。

普朗克尺度下的高维空间,就像一个能量中转站。另外,这一部分能量被锁在普朗克尺度之下,让宇宙空间的暗能量占据主导优势,使宇宙成为处于持续膨胀的不平衡状态,抵消“熵增定律”带来的毁灭结局。同时,有了高维空间与我们认识的宇宙空间的连通,宇宙不再是一个封闭的系统,也能避免“熵增定律”带来的“热寂”末日。

如何验证这一假说?

虽然只是一个大胆的假说,我暂且也提出一些物理性的预言。

由于上面的假说,黑洞与真空之间形成了一种物质的循环系统。我们就能大胆预言黑洞周围更容易产生新的物质,所以星系中心的超大黑洞周围总是有许多大质量的恒星环绕。而组成这些恒星的物质,只靠超新星爆发时所喷洒的星尘,是显然不够的。

第一,同时根据上面所说,宇宙膨胀的速度与星系(物质)生成的速度成正比。如果我们能够探测到宇宙中星系的诞生或成长速度,刚好与宇宙膨胀之间存在正比关系,那就能验证这一假说。

第二,由于能量守恒定律,宇宙中所有的能量总量本应该是不变的。但由于被锁进普朗克尺度之下的能量无法被检测,而物质的黑洞吸收与真空释放都具有随机性,所以如果能证明宇宙空间中的能量总量会出现浮动性的变化,也能验证这一假说。

总结

今年诺贝尔奖颁给了宇宙学,于是就脑洞了一下深不可测的宇宙。仅为脑洞探讨,不喜勿喷,有其他想法欢迎畅所欲言!

有些关于高维空间的知识并未细说,如想详细了解,可看一下我专栏《揭秘高维背后的故事》。相信对于理解上面的阐述有所帮助。

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