论文部分内容阅读
奇异物质是什么?它真的很奇异吗?为什么它又被称为宇宙最危险的物质?
浩瀚的宇宙中,两个中子星正在上演宇宙界最为轰动的场景——它们在引力作用下互相吸引、靠近、交织,两个圆形的身体慢慢融合,逐渐变成长方形。几毫秒的时间,它们开始破裂,质量较小的中子星慢慢形成一层螺旋状的、肮脏的物质。质量较大的中子星则不断膨胀、变大,越来越重,并浸入它们喷发的超密物质中……某个时刻,它终于无法抵抗自身重力,最终形成了一个黑洞。
黑洞的时空曲率很大,大到光都无法从其事件视界逃脱,因此无法被我们直接观测,只可以借由间接的方式得知其存在与质量。而那些不被吸入到黑洞中的、密度较小的物质,将在离黑洞边缘数百千米的范围内,绕黑洞快速移动。科学家预言这种情况很危险,它可能导致神秘的物质进入到宇宙中,产生不可预测的后果。
这种神秘的物质,科学界给它起了个特别的名字——“奇异物质”。
如今它很可能已经存在于我们的地球上。在水中?在北极陨石里?这些目前不得而知。但我们清楚知道,它就像病原体一样,能感染正常物质,并将其转变为完全不同的东西。任何物质,只要与这奇异物质发生接触——即使仅仅是边界触及,都会被它“吃掉”——被吞噬的正常物质,会在亚原子水平上发生改变,直到变成完全不同的东西。
美国物理学家爱德华·法希这样描述它:“大量的奇异物质钟情于中子,对其有强烈的食欲,并通过吃掉它们而生长。”
回到文章开头,我们得了解,什么是中子星?它是巨大的恒星核耗尽所有燃料,诞生大量的超新星后,发生坍塌剩下的那部分。在这过程中,恒星核中被挤出来的质子与原核外电子合并成了新的中子,这些新的中子又与恒星核中被挤出来的中子集结在一起,形成半径约10千米、密度仅次于黑洞的一种星体。
目前科学界对中子星内部了解甚少。科学家们倾向于认为中子星内部存在着奇异物质,并且有证据表明,奇异物质可能就位于离子、电子和气体构成的薄壳下面。由此,一些假设甚至认为,可能原本就不存在中子星,现在我们认识的所谓“中子星”,它们可能实际上都是由奇异物质组成的“奇异星体”。
但是,我们知道,普通中子星外壳下,是几乎全由中子组成的流体。中子,是一种神秘且密度极大的物质。一勺中子的质量,就超过地球上整个喜马拉雅山的质量。这种中子,除了存在于中子星的中心,并不存在于其他地方。
难道正是这些中子,构成了我们所说的奇异物质?它们之间存在怎么样的关系?
在巨大的压力下,中子会熔化成为夸克。夸克是构成物质的基本单元,是一种不能够直接被观测到、不能够被分离出来的基本粒子。它主要有“上”“下”“顶”“底”“奇”“粲”六种类型。六种夸克中,“上”“下”两种最为稳定,组成常规物质。其余的“顶”“底”“奇”“粲”四种夸克,只能经由高能粒子的碰撞产生,例如宇宙射线及粒子加速器等。
通常情况下,中子是由一个“上”夸克和两个“下”夸克组成的。当一个中子在高压下熔化成夸克时,会存在以下情况:“上”“下”“下”。但是,在中子星的极端环境中,在巨大压力下,粒子(夸克)可能会发生转化。例如,当一个“下”夸克转化成“奇”夸克时,那么,夸克存在的情况将变成:“上”“下”“奇”。
由“上”“下”“奇”三种夸克组成的物质,就是我们所说的“奇异物质”。
科学界普遍认为,奇异物质在宇宙初期的时候就已经存在。但是,直到大爆炸之后,它才得以出现。科学家们综合分析了宇宙初期的条件和奇异物质的特性,通过热力学原理进行推测,结果一再表明:奇异物质会随着条件的冷却而蒸发(大爆炸发生后它仅存在了一秒)。目前找到奇异物质的唯一可行的地方,将是中子星的中心。
我们现在知道,奇异物质由“上”“下”“奇”三种夸克组成。如果它(“上”“下”“奇”)是理想的物质形态,那么与之接触的所有中子(“上”“下”“下”)都将想要转化成那样(即将“下”转为“奇”)。这时的奇异物质,稳定性好,由它构成的恒星可以存活时间更长,这使它看上去比常规物质更富有魅力。
中子進入奇异物质并在压力下熔解,释放出夸克,在这过程中能量被大大降低。较低的能量使得状态更稳定,科学家们推测,这可能是整个宇宙中最稳定的能源。当物质原子核中的中子和质子渗入奇异物质并熔化为夸克时,释放的能量将使得该物质转化为奇异物质。当一团奇异物质以足够快的速度进行传播,进入到恒星或行星,就会像细菌一样蔓延、侵吞,且无可阻挡,直至从内到外将它们彻底“改变”。这就是有人称奇异物质为“宇宙最危险的物质”的原因。
科学家们一直在努力求证奇异物质的稳定性,从地球上的陨石到宇宙射线,都有他们探寻的身影,遗憾的是,尚未有任何确定的发现。
而一些被观察到的中子星,不是太小,就是太凉,或是太亮且持续时间太长(与超新星相关),都无法找到奇异物质所在。
假如奇异物质在我们地球上存在,那它必须是微观的,半径只能有几百飞米(1飞米=10-15米);否则会因为太重,无法留在地球的外壳上,而沉入核心。
也许有人会问,奇异物质不是会“吃掉”任何与它接触的物质吗?为什么却可以留在地球外壳上?科学家们的解释是:奇异物质本身可能带有正电荷,而地球上的物质具有正电荷,它们会互相排斥而达到力量均衡。
也许有人会担心,奇异物质一旦落到地球上,可以吞噬我们的世界。但是科学家认为完全没有必要担忧,要实现这个世界末日的场景,必须同时满足以下这些前提条件:首先,奇异物质必须存在;其次,它的性质必须稳定;再者,与地球处于碰撞过程中,必须具有大量动能,或带负电荷。
至少目前看来,我们的地球还可以高枕无忧。
奇异物质的前世回眸
浩瀚的宇宙中,两个中子星正在上演宇宙界最为轰动的场景——它们在引力作用下互相吸引、靠近、交织,两个圆形的身体慢慢融合,逐渐变成长方形。几毫秒的时间,它们开始破裂,质量较小的中子星慢慢形成一层螺旋状的、肮脏的物质。质量较大的中子星则不断膨胀、变大,越来越重,并浸入它们喷发的超密物质中……某个时刻,它终于无法抵抗自身重力,最终形成了一个黑洞。
黑洞的时空曲率很大,大到光都无法从其事件视界逃脱,因此无法被我们直接观测,只可以借由间接的方式得知其存在与质量。而那些不被吸入到黑洞中的、密度较小的物质,将在离黑洞边缘数百千米的范围内,绕黑洞快速移动。科学家预言这种情况很危险,它可能导致神秘的物质进入到宇宙中,产生不可预测的后果。
奇异物质的今生遐想
这种神秘的物质,科学界给它起了个特别的名字——“奇异物质”。
如今它很可能已经存在于我们的地球上。在水中?在北极陨石里?这些目前不得而知。但我们清楚知道,它就像病原体一样,能感染正常物质,并将其转变为完全不同的东西。任何物质,只要与这奇异物质发生接触——即使仅仅是边界触及,都会被它“吃掉”——被吞噬的正常物质,会在亚原子水平上发生改变,直到变成完全不同的东西。
美国物理学家爱德华·法希这样描述它:“大量的奇异物质钟情于中子,对其有强烈的食欲,并通过吃掉它们而生长。”
回到文章开头,我们得了解,什么是中子星?它是巨大的恒星核耗尽所有燃料,诞生大量的超新星后,发生坍塌剩下的那部分。在这过程中,恒星核中被挤出来的质子与原核外电子合并成了新的中子,这些新的中子又与恒星核中被挤出来的中子集结在一起,形成半径约10千米、密度仅次于黑洞的一种星体。
目前科学界对中子星内部了解甚少。科学家们倾向于认为中子星内部存在着奇异物质,并且有证据表明,奇异物质可能就位于离子、电子和气体构成的薄壳下面。由此,一些假设甚至认为,可能原本就不存在中子星,现在我们认识的所谓“中子星”,它们可能实际上都是由奇异物质组成的“奇异星体”。
但是,我们知道,普通中子星外壳下,是几乎全由中子组成的流体。中子,是一种神秘且密度极大的物质。一勺中子的质量,就超过地球上整个喜马拉雅山的质量。这种中子,除了存在于中子星的中心,并不存在于其他地方。
难道正是这些中子,构成了我们所说的奇异物质?它们之间存在怎么样的关系?
由夸克构成的奇异物质
在巨大的压力下,中子会熔化成为夸克。夸克是构成物质的基本单元,是一种不能够直接被观测到、不能够被分离出来的基本粒子。它主要有“上”“下”“顶”“底”“奇”“粲”六种类型。六种夸克中,“上”“下”两种最为稳定,组成常规物质。其余的“顶”“底”“奇”“粲”四种夸克,只能经由高能粒子的碰撞产生,例如宇宙射线及粒子加速器等。
通常情况下,中子是由一个“上”夸克和两个“下”夸克组成的。当一个中子在高压下熔化成夸克时,会存在以下情况:“上”“下”“下”。但是,在中子星的极端环境中,在巨大压力下,粒子(夸克)可能会发生转化。例如,当一个“下”夸克转化成“奇”夸克时,那么,夸克存在的情况将变成:“上”“下”“奇”。
由“上”“下”“奇”三种夸克组成的物质,就是我们所说的“奇异物质”。
哪里可以找到奇异物质
科学界普遍认为,奇异物质在宇宙初期的时候就已经存在。但是,直到大爆炸之后,它才得以出现。科学家们综合分析了宇宙初期的条件和奇异物质的特性,通过热力学原理进行推测,结果一再表明:奇异物质会随着条件的冷却而蒸发(大爆炸发生后它仅存在了一秒)。目前找到奇异物质的唯一可行的地方,将是中子星的中心。
我们现在知道,奇异物质由“上”“下”“奇”三种夸克组成。如果它(“上”“下”“奇”)是理想的物质形态,那么与之接触的所有中子(“上”“下”“下”)都将想要转化成那样(即将“下”转为“奇”)。这时的奇异物质,稳定性好,由它构成的恒星可以存活时间更长,这使它看上去比常规物质更富有魅力。
中子進入奇异物质并在压力下熔解,释放出夸克,在这过程中能量被大大降低。较低的能量使得状态更稳定,科学家们推测,这可能是整个宇宙中最稳定的能源。当物质原子核中的中子和质子渗入奇异物质并熔化为夸克时,释放的能量将使得该物质转化为奇异物质。当一团奇异物质以足够快的速度进行传播,进入到恒星或行星,就会像细菌一样蔓延、侵吞,且无可阻挡,直至从内到外将它们彻底“改变”。这就是有人称奇异物质为“宇宙最危险的物质”的原因。
困难重重的研究
科学家们一直在努力求证奇异物质的稳定性,从地球上的陨石到宇宙射线,都有他们探寻的身影,遗憾的是,尚未有任何确定的发现。
而一些被观察到的中子星,不是太小,就是太凉,或是太亮且持续时间太长(与超新星相关),都无法找到奇异物质所在。
假如奇异物质在我们地球上存在,那它必须是微观的,半径只能有几百飞米(1飞米=10-15米);否则会因为太重,无法留在地球的外壳上,而沉入核心。
也许有人会问,奇异物质不是会“吃掉”任何与它接触的物质吗?为什么却可以留在地球外壳上?科学家们的解释是:奇异物质本身可能带有正电荷,而地球上的物质具有正电荷,它们会互相排斥而达到力量均衡。
也许有人会担心,奇异物质一旦落到地球上,可以吞噬我们的世界。但是科学家认为完全没有必要担忧,要实现这个世界末日的场景,必须同时满足以下这些前提条件:首先,奇异物质必须存在;其次,它的性质必须稳定;再者,与地球处于碰撞过程中,必须具有大量动能,或带负电荷。
至少目前看来,我们的地球还可以高枕无忧。