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      地球會被奇異物質吃掉嗎

      2021-12-17 08:32大科技
      飛碟探索 2021年4期
      關鍵詞:中子星夸克中子

      大科技

      圖中這兩個物體彼此如此接近,一股物質流從正常恒星向黑洞溢出,并在其周圍形成了一個熱氣體盤。當物質在這個所謂的吸積盤中碰撞時,它會加熱到數(shù)百萬攝氏度。在黑洞附近,圓盤中的強磁場將這些熱氣體中的一部分加速成緊密的噴射流,這些噴射流以相反的方向逃離黑洞

      奇異物質的前世回眸

      浩瀚的宇宙中,兩顆中子星正在上演宇宙中最為轟動的場景——它們在引力作用下相互吸引、靠近、交織,兩個圓形的身體慢慢融合,逐漸變成長方形。在這個距離下,幾毫秒的時間內它們就會開始破裂。其中,質量較小的中子星慢慢形成一層螺旋狀的渾濁物質,質量較大的中子星則不斷膨脹,浸入它們噴發(fā)出的超密物質中,質量越來越大……某個時刻,它終于無法抵抗自身重力,成為一個黑洞。

      黑洞的時空曲率很大,大到光都無法從其事件視界中逃脫,因此無法被我們直接觀測,只能借助間接方式得知其存在與質量。而那些未被吸入黑洞的密度較小的物質,則在距離黑洞邊緣數(shù)百千米的范圍內,繞黑洞快速移動。

      科學家認為,這種情況很危險,它可能導致神秘的物質進入宇宙,產生不可預測的后果。

      奇異物質的今生遐想

      這種神秘的物質,科學界給它起了個特別的名字——奇異物質。

      如今,它很可能已經存在于我們的地球上。在水中,還是在北極的隕石里?目前這些還不得而知。但我們清楚地知道,它就像病原體一樣,能感染正常物質,并將其轉變?yōu)橥耆煌臇|西。任何物質,只要與奇異物質發(fā)生接觸,即使僅僅是邊界觸及,都會被它“吃”掉——被奇異物質吞噬的正常物質,會在亞原子水平上發(fā)生變化,最終變成完全不同的物質。

      美國物理學家愛德華·法希這樣描述它:“大量的奇異物質鐘情于中子,對其有強烈的食欲,并通過吞噬它們而生長?!?/p>

      那么,什么是中子星?它是巨大的恒星核耗盡所有燃料,誕生超新星后,恒星內部發(fā)生坍塌剩下的那部分。在這一過程中,恒星核中被擠出來的質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。

      目前科學界對中子星的內部了解甚少??茖W家傾向于認為,中子星內部存在奇異物質,并且有證據(jù)表明,奇異物質可能就位于中子星那層離子、電子和氣體構成的薄殼下面。由此,一些假設甚至認為,可能原本就不存在中子星,現(xiàn)在我們認識的所謂中子星,有可能都是由奇異物質組成的“奇異星”。

      但我們知道,普通中子星的外殼下,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,一勺中子的質量就超過地球上整座喜馬拉雅山的質量。這種中子,除了存在于中子星的內部,并不存在于其他任何地方。

      難道正是這些中子構成了我們所說的奇異物質?它們之間又存在怎樣的關聯(lián)?

      由夸克構成的奇異物質

      在巨大的壓力下,中子會分解成夸克。夸克是構成物質的基本單元,是一種我們無法直接觀測到、無法直接分離出來的基本粒子。它主要有“上”“下”“頂”“底”“奇”“粲”6種類型。6種夸克中,“上”“下”兩種最為穩(wěn)定,組成常規(guī)物質;其余的“頂”“底”“奇”“粲”4種夸克,只能經由高能粒子的碰撞產生,例如宇宙射線、粒子加速器等。

      通常情況下,中子是由一“上”兩“下”3種夸克組成的,因此, 當一個中子在高壓下分解成夸克時, 存在的情況就是“上”“下”“下”。但是,在中子星的極端環(huán)境中,巨大壓力下的夸克可能會發(fā)生轉化。例如,一個“下”夸克可能會轉化成“奇”夸克,那么,夸克存在的情況將變成“上”“下”“奇”。

      由“上”“下”“奇”3種夸克組成的物質,就是我們所說的“奇異物質”。

      哪里可以找到奇異物質

      科學界普遍認為,奇異物質在宇宙誕生初期就已經存在。但是,直到大爆炸之后,它才得以出現(xiàn)??茖W家綜合分析了宇宙初期的條件和奇異物質的特性,通過熱力學原理進行推測,結果一再表明:奇異物質會隨著外界條件的冷卻而蒸發(fā)(大爆炸發(fā)生后它僅存在了1秒)。目前唯一可行的找到奇異物質的地方,是中子星的核心。

      我們現(xiàn)在知道,奇異物質由“上”“下”“奇”3種夸克組成。中子進入奇異物質后會在壓力下分解,釋放出夸克,在這一過程中,能量被大大降低。較低的能量使物質的狀態(tài)更穩(wěn)定。這時的奇異物質,穩(wěn)定性好,由它構成的恒星可以存在更長時間,這使它看上去比常規(guī)物質更富有魅力。

      科學家推測,這可能是整個宇宙中最穩(wěn)定的能源。如果奇異物質(“上”“下”“奇”)是物質最理想、最穩(wěn)定的形態(tài),那么與之接觸的所有中子(“上”“下”“下”)都將轉化為這一形態(tài)(即“下”轉化為“奇”)。當物質原子核中的中子和質子滲入奇異物質,就會在巨大壓力下分解為夸克,并轉化為奇異物質。當一團奇異物質以足夠快的速度進行傳播,進入恒星或行星內部,就會像細菌一樣蔓延、侵吞,且無可阻擋,直至從內到外將它們徹底“改變”。這就是有人稱奇異物質為“宇宙最危險物質”的原因。

      困難重重的研究

      科學家一直在努力求證奇異物質的穩(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)。而一些科學家已經觀察到的中子星,不是體積太小,就是溫度過低,或是亮度太高且持續(xù)時間太長(與超新星相關),這樣的中子星中都無法找到奇異物質。

      假如奇異物質存在于我們的地球上,那它必須是微觀的,半徑只能有幾百飛米(1飛米=10-15米),否則超高密度的它就會因為太重,無法留在地球的外殼上,從而沉入地核。也許有人會問,奇異物質不是會吃掉任何與它接觸的物質嗎?為什么卻可以留在地球的外殼上?科學家的解釋是:奇異物質本身可能帶有正電荷,正好與地球上物質的正電荷互相排斥而達到力的均衡。

      也許有人會擔心,奇異物質一旦落到地球上,可以吞噬我們的世界。但是科學家認為完全沒有必要擔憂,要實現(xiàn)這個世界末日的場景,必須同時滿足以下這些前提條件:首先,奇異物質必須得以存在;其次,它的性質必須非常穩(wěn)定;最后,奇異物質在與地球發(fā)生碰撞時,必須具有大量動能,或者帶負電荷。

      至少目前看來,滿足這些條件的情況還沒有出現(xiàn),我們的地球還能夠在奇異物質存在的可能性中高枕無憂。

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