现有理论之下,密度是没有极限的。
密度公式为ρ=m/v,表示单位体积内包含的物质质量;比如在标况下,空气密度为0.001293克/立方厘米,水的密度为1克/立方厘米,铁的密度为7.9克/立方厘米。
一立方厘米大约就是一个骰子大小,在宇宙中,存在很多极端的情况,比如下面几个:
地球核心
密度高达15克/立方厘米,是水密度的15倍,主要成分是铁和镍,由于巨大的压力,使得铁镍原子之间的间隙缩小。
金属锇
地球上密度最大的物质是金属锇 ,密度高达22.6克/立方厘米。
太阳核心
太阳核心的密度,高达150克/立方厘米,是太阳系中密度最高的地方;但是太阳整体的平均密度很低,只有1.41克/立方厘米。
白矮星
白矮星密度高达10吨/立方厘米,白矮星是中小质量恒星在演化末期的产物;比如我们太阳在60亿年后就会演化为白矮星,白矮星由于自身强大的引力,使得内部原子的外层电子被严重挤压,处于电子简并态。
中子星
典型的中子星密度高达1亿~10亿吨/立方厘米,这已经远远超过了地球物质的密度,相当于一个骰子大小的白矮星物质,就和一座山的质量相当;如果把地球压缩到中子星密度,直径只有大约20米。
中子星在1.44倍太阳质量到3倍太阳质量之间,由中子简并压力抵抗着万有引力,如果中子星的质量继续增加,中子星会继续塌缩成夸克星或者黑洞。
夸克星
密度至少为10亿吨/立方厘米,是天文学上预言的天体,目前还未被发现。
黑洞奇点
根据广义相对论的描述,黑洞奇点的体积无穷小,密度无穷大。黑洞已被天文学证实存在,但是黑洞内部的情况,目前还没有理论能够定量描述;关于黑洞奇点的相关问题,也是当前物理学的难题。
对于黑洞密度无穷大的解释,也存在很多争议,或许是当前理论不完善导致的发散结果;就比如在牛顿力学,两个物体无限接近时,万有引力定律描述它们之间的引力无穷大,如果考虑量子力学的原子结构,就不会出现引力发散的情况。
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