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超乎想象的宇宙趣闻

2018-12-28升龙

奥秘(创新大赛) 2018年10期
关键词:糖块原子核暗物质

●升龙 编

宇宙本身的神奇之处往往超越了人类最狂野的想象。现在,让我们看一看宇宙到底有多么让人难以置信吧!

所有人类都可以装进一个糖块里

没错,所有几十亿人都可以放入一个小小的糖块中。这不是开玩笑,因为物质内部有着不可思议的空间。

我们知道,物质的基本组成单位是原子,原子又是由原子核和围绕原子核运动的电子构成的。在原子内部空间,质量的分布是极其不均衡的,包含了整个原子质量99.9%的原子核只占了整个原子体积的一万亿分之一。我们可以说,除了原子核和那个在外面高速运动的电子外,原子的绝大部分空间其实基本上是“空的”。

原子内部到底有多空旷?打个比方,如果原子有一个足球场那么大,那么原子核就是放在球场中央的一颗葡萄!这意味着,如果我们压缩掉自己身体中所有原子内部的多余空间,全人类的体积总和,将只有一个糖块那么小!

这听上去有点残忍,也令人匪夷所思,但其实宇宙中还真有这种“糖块”,那就是中子星。质量很大的恒星在死亡时爆炸,剩余物质被强烈地压缩,电子被挤压到原子核里,和质子合并形成中子,于是这个剩余的天体就浑身上下全都是中子,几乎没有了一丝空隙,这就是中子星。中子星密度极高,1立方厘米的中子质量就有1亿吨重!好重的“糖块”!

太阳就算是香蕉堆出来的 也一样热力四射

太阳质量很大,要保持自己不被巨大的引力压垮,它的中心温度要非常高(足有1500万摄氏度),才能产生足够强大的膨胀力与自身的引力对抗。

太阳刚形成时,在自身物质压缩的同时,释放出了巨大的能量,于是可以让太阳中心达到如此的高温。不过要在此后几十亿年里始终保持这样的温度,则需要太阳内部发生核反应,氢原子不断聚变成氦原子,释放出大量的热量,以维持太阳中心的温度。

所以从原理上看,太阳由什么物质组成,其实并不是很重要。任何物质聚集在一起,只要总质量达到太阳的水平,物质的压缩都会产生很高的温度。太阳的质量大约是2.0×10^30千克,如果我们把2.0×10^30千克的香蕉集中到一个地方,它们的重力压缩的结果,也会让中心出现与太阳中心相近的温度!

当然了,香蕉太阳和我们天空中的那个太阳还不一样。香蕉主要成分不是氢,而是碳和氧,这两种元素发生聚变反应要比氢快得多,所以就算我们找到了那么多香蕉,制造出了香蕉太阳,它维持内部高温的时间也会比我们现在的太阳短得多,只要几千年的时间,香蕉太阳就熄火了。

98%的宇宙是看不见的

组成人类、行星和恒星的普通物质只占宇宙质量的4%,其中的2%是我们现在观测到的恒星、星系等发光天体,另外2%是不发光的行星、黑洞等天体。

占宇宙质量23%的物质则是由未知粒子组成的,它们是根本不可能发光的暗物质。暗物质虽然不发光,但却会通过引力发挥作用,这恰恰泄露了这些隐身者的位置。就好比我们看不到风,但空气流动让我们感受到风的存在。由于大量暗物质的存在,围绕在它周围的星系转速很快,如果没有暗物质的拉扯,星系早已经飞散开了。

另外还有73%的宇宙则是由暗能量组成的。1998年,科学家通过研究一种超新星,发现宇宙正在加速膨胀。这种超新星在爆发的时候,光度的极大值基本上都是相同的,于是科学家可以通过观察超新星的明暗情况,来间接地推断它们远离地球的速度,进而推导出宇宙在不同时期的膨胀速度快慢。结果令人震惊,宇宙早期膨胀速度慢,而如今膨胀速度快。

这说明,宇宙中一定有某种东西与相互吸引的物质对抗着,它起着排斥力的作用,加速了宇宙的膨胀。这就是暗能量,它是除了暗物质之外,我们另一个无法直接观察到的东西。暗物质和暗能量到底是什么这还是个未解之谜。如果你能搞清楚它们的本质,那么诺贝尔奖将在那里等着你。

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