史珍湘

奇異物質(zhì)是什么？它真的很奇異嗎？為什么它又被稱為宇宙最危險(xiǎn)的物質(zhì)？

奇異物質(zhì)的前世回眸

浩瀚的宇宙中，兩個(gè)中子星正在上演宇宙界最為轟動(dòng)的場景——它們在引力作用下互相吸引、靠近、交織，兩個(gè)圓形的身體慢慢融合，逐漸變成長方形。幾毫秒的時(shí)間，它們開始破裂，質(zhì)量較小的中子星慢慢形成一層螺旋狀的、骯臟的物質(zhì)。質(zhì)量較大的中子星則不斷膨脹、變大，越來越重，并浸入它們噴發(fā)的超密物質(zhì)中……某個(gè)時(shí)刻，它終于無法抵抗自身重力，最終形成了一個(gè)黑洞。

黑洞的時(shí)空曲率很大，大到光都無法從其事件視界逃脫，因此無法被我們直接觀測，只可以借由間接的方式得知其存在與質(zhì)量。而那些不被吸入到黑洞中的、密度較小的物質(zhì)，將在離黑洞邊緣數(shù)百千米的范圍內(nèi)，繞黑洞快速移動(dòng)?？茖W(xué)家預(yù)言這種情況很危險(xiǎn)，它可能導(dǎo)致神秘的物質(zhì)進(jìn)入到宇宙中，產(chǎn)生不可預(yù)測的后果。

赫爾斯-泰勒雙星系統(tǒng)是迄今為止發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)雙星脈沖星。兩顆中子星系統(tǒng)圍繞彼此運(yùn)行，預(yù)計(jì)會(huì)發(fā)生災(zāi)難性的碰撞。它們將產(chǎn)生一個(gè)黑洞，噴射出相當(dāng)于太陽質(zhì)量10%的物質(zhì)。這些物質(zhì)中的一些可能以奇異物質(zhì)的形式存在。

奇異物質(zhì)的今生遐想

這種神秘的物質(zhì)，科學(xué)界給它起了個(gè)特別的名字——“奇異物質(zhì)”。

如今它很可能已經(jīng)存在于我們的地球上。在水中？在北極隕石里？這些目前不得而知。但我們清楚知道，它就像病原體一樣，能感染正常物質(zhì)，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆煌臇|西。任何物質(zhì)，只要與這奇異物質(zhì)發(fā)生接觸——即使僅僅是邊界觸及，都會(huì)被它“吃掉”——被吞噬的正常物質(zhì)，會(huì)在亞原子水平上發(fā)生改變，直到變成完全不同的東西。

美國物理學(xué)家愛德華·法希這樣描述它：“大量的奇異物質(zhì)鐘情于中子，對(duì)其有強(qiáng)烈的食欲，并通過吃掉它們而生長?！?/p>

回到文章開頭，我們得了解，什么是中子星？它是巨大的恒星核耗盡所有燃料，誕生大量的超新星后，發(fā)生坍塌剩下的那部分。在這過程中，恒星核中被擠出來的質(zhì)子與原核外電子合并成了新的中子，這些新的中子又與恒星核中被擠出來的中子集結(jié)在一起，形成半徑約10千米、密度僅次于黑洞的一種星體。

目前科學(xué)界對(duì)中子星內(nèi)部了解甚少?？茖W(xué)家們傾向于認(rèn)為中子星內(nèi)部存在著奇異物質(zhì)，并且有證據(jù)表明，奇異物質(zhì)可能就位于離子、電子和氣體構(gòu)成的薄殼下面。由此，一些假設(shè)甚至認(rèn)為，可能原本就不存在中子星，現(xiàn)在我們認(rèn)識(shí)的所謂“中子星”，它們可能實(shí)際上都是由奇異物質(zhì)組成的“奇異星體”。

模擬兩個(gè)中子星的合并

但是，我們知道，普通中子星外殼下，是幾乎全由中子組成的流體。中子，是一種神秘且密度極大的物質(zhì)。一勺中子的質(zhì)量，就超過地球上整個(gè)喜馬拉雅山的質(zhì)量。這種中子，除了存在于中子星的中心，并不存在于其他地方。

難道正是這些中子，構(gòu)成了我們所說的奇異物質(zhì)？它們之間存在怎么樣的關(guān)系？

由夸克構(gòu)成的奇異物質(zhì)

在巨大的壓力下，中子會(huì)熔化成為夸克。夸克是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元，是一種不能夠直接被觀測到、不能夠被分離出來的基本粒子。它主要有“上”“下”“頂”“底”“奇”“粲”六種類型。六種夸克中，“上”“下”兩種最為穩(wěn)定，組成常規(guī)物質(zhì)。其余的“頂”“底”“奇”“粲”四種夸克，只能經(jīng)由高能粒子的碰撞產(chǎn)生，例如宇宙射線及粒子加速器等。

通常情況下，中子是由一個(gè)“上”夸克和兩個(gè)“下”夸克組成的。當(dāng)一個(gè)中子在高壓下熔化成夸克時(shí)，會(huì)存在以下情況：“上”“下”“下”。但是，在中子星的極端環(huán)境中，在巨大壓力下，粒子（夸克）可能會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)化。例如，當(dāng)一個(gè)“下”夸克轉(zhuǎn)化成“奇”夸克時(shí)，那么，夸克存在的情況將變成：“上”“下”“奇”。

由“上”“下”“奇”三種夸克組成的物質(zhì)，就是我們所說的“奇異物質(zhì)”。

哪里可以找到奇異物質(zhì)

科學(xué)界普遍認(rèn)為，奇異物質(zhì)在宇宙初期的時(shí)候就已經(jīng)存在。但是，直到大爆炸之后，它才得以出現(xiàn)。科學(xué)家們綜合分析了宇宙初期的條件和奇異物質(zhì)的特性，通過熱力學(xué)原理進(jìn)行推測，結(jié)果一再表明：奇異物質(zhì)會(huì)隨著條件的冷卻而蒸發(fā)（大爆炸發(fā)生后它僅存在了一秒）。目前找到奇異物質(zhì)的唯一可行的地方，將是中子星的中心。

中子星只有上下被限制的夸克，奇異夸克星會(huì)有不受約束的上、下和奇夸克。

我們現(xiàn)在知道，奇異物質(zhì)由“上”“下”“奇”三種夸克組成。如果它（“上”“下”“奇”）是理想的物質(zhì)形態(tài)，那么與之接觸的所有中子（“上”“下”“下”）都將想要轉(zhuǎn)化成那樣（即將“下”轉(zhuǎn)為“奇”）。這時(shí)的奇異物質(zhì)，穩(wěn)定性好，由它構(gòu)成的恒星可以存活時(shí)間更長，這使它看上去比常規(guī)物質(zhì)更富有魅力。

中子進(jìn)入奇異物質(zhì)并在壓力下熔解，釋放出夸克，在這過程中能量被大大降低。較低的能量使得狀態(tài)更穩(wěn)定，科學(xué)家們推測，這可能是整個(gè)宇宙中最穩(wěn)定的能源。當(dāng)物質(zhì)原子核中的中子和質(zhì)子滲入奇異物質(zhì)并熔化為夸克時(shí)，釋放的能量將使得該物質(zhì)轉(zhuǎn)化為奇異物質(zhì)。當(dāng)一團(tuán)奇異物質(zhì)以足夠快的速度進(jìn)行傳播，進(jìn)入到恒星或行星，就會(huì)像細(xì)菌一樣蔓延、侵吞，且無可阻擋，直至從內(nèi)到外將它們徹底“改變”。這就是有人稱奇異物質(zhì)為“宇宙最危險(xiǎn)的物質(zhì)”的原因。

困難重重的研究

科學(xué)家們一直在努力求證奇異物質(zhì)的穩(wěn)定性，從地球上的隕石到宇宙射線，都有他們探尋的身影，遺憾的是，尚未有任何確定的發(fā)現(xiàn)。

而一些被觀察到的中子星，不是太小，就是太涼，或是太亮且持續(xù)時(shí)間太長（與超新星相關(guān)），都無法找到奇異物質(zhì)所在。

假如奇異物質(zhì)在我們地球上存在，那它必須是微觀的，半徑只能有幾百飛米（1飛米=10-15米）;否則會(huì)因?yàn)樘?，無法留在地球的外殼上，而沉入核心。

也許有人會(huì)問，奇異物質(zhì)不是會(huì)“吃掉”任何與它接觸的物質(zhì)嗎？為什么卻可以留在地球外殼上？科學(xué)家們的解釋是：奇異物質(zhì)本身可能帶有正電荷，而地球上的物質(zhì)具有正電荷，它們會(huì)互相排斥而達(dá)到力量均衡。

也許有人會(huì)擔(dān)心，奇異物質(zhì)一旦落到地球上，可以吞噬我們的世界。但是科學(xué)家認(rèn)為完全沒有必要擔(dān)憂，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)世界末日的場景，必須同時(shí)滿足以下這些前提條件：首先，奇異物質(zhì)必須存在;其次，它的性質(zhì)必須穩(wěn)定;再者，與地球處于碰撞過程中，必須具有大量動(dòng)能，或帶負(fù)電荷。

至少目前看來，我們的地球還可以高枕無憂。