123排行榜,探索世界,了解各类奇异学识!

如果让宇宙中所有原子的原子核和电子紧挨着 不留空隙(有多大)

时间:2023-06-26 06:46:01

相关推荐

如果让宇宙中所有原子的原子核和电子紧挨着 不留空隙(有多大)

一,宇宙在宏观和微观上确实有空隙

的确,宇宙虽然非常广大,但绝大部分空间是“空的”,星球、星系、星云和尘埃杂质所占宇宙空间比例很小,小的几乎可以忽略。如果把所有物质转换为氢原子,那宇宙的物质粒子密度大约每立方米只有一个氢原子。这还只是宇宙中宏观物质之间的空隙,那微观上每个原子内部又是什么情况呢?

我们知道原子由原子核与核外电子组成,现代科学已经探明,由质子和中子组成的原子核体积只占整个原子的几千亿分之一

原子核体积占原子的比例

核外电子在这“无比巨大”的空间中运动,而核外电子的半径不大于10^-22米,与质子、中子相比完全可以忽略不计。因此如果把原子空间都压缩掉,只剩下原子核和电子,那全宇宙的实体物质又会缩小几千亿倍。

二,这种电子和原子核紧挨在一起的状态在宇宙中是存在的,就是我们常说的中子星。

所谓中子星就是全部都是由中子紧挨着组成的星体,是将核外电子压进原子核中的质子后,原子核全部变成中子后形成的。中子星的密度大得惊人,为10^11千克/立方厘米,即每立方厘米1亿吨,相当于一个花生米大小的物质重达1亿吨。

但是如果想把电子压进质子,然后把全是中子的原子核紧紧挨在一起需要很大的力量,形成这种状态或类似的状态需要特定条件。就目前人类的认识,这种状态是大质量恒星的最终演化产物,可以说原子收缩的过程就是相应质量的恒星演化的过程,下面我们简单作一介绍。

三,不同质量恒星演化的结果也是不同的

据科学研究表明,1.44倍以下太阳质量(钱德拉塞卡极限)的恒星在内部所有核聚变结束后,因失去抵抗恒星自身质量产生的强大引力的能力,恒星会在自身引力的作用下急剧收缩,原子中的核外电子克服泡利不相容原理带来的压力,摆脱原子核束缚,游离在原子核周围,原子空间被大大压缩,但这时的电子还并没有压进质子中,由这种状态形成的星体叫白矮星,它的密度为每立方厘米1吨。

白矮星

质量在1.44倍――3.2倍太阳质量(奥本海默极限)的恒星在演化末期,自身强大的引力会进一步克服电子简并压,把电子压进质子形成中子,最终形成中子星。这种状态就是题目所说的状态。当然大于3.2倍以上太阳质量的恒星会克服中子简并压,最终形成黑洞或夸克星。

由于黑洞和白矮星与本题无关,我们只做简单介绍,在此不多作讨论,我们只讨论中子星的状态。

四,对本题的回答

现在知道了中子星的密度(就是将来把原子核和电子紧挨在一起、不留空隙的密度)ρ=10^11千克/立方厘米,如果再知道宇宙的质量M,根据公式ρ=M/V,就可求出全宇宙所有原子的原子核和电子紧挨在一起、不留空隙的组合起来的体积V了。现在的问题是密度知道了,但真正宇宙的质量无法确定,目前我们只大体知道可观测宇宙的质量为10^54千克数量级,因此我们只能拿可观测宇宙来计算,取M为10^54千克,代入Ⅴ=M/ρ,即V=10^54/10^11=10^43立方厘米=10^37立方米。转换为球体,则V=4πr/3,算出半径r=1336731471公里≈13.4亿公里,这个距离还不如太阳到土星的平均距离14.3亿公里远。

土星距离

当然,正如上面所说,超过3.2倍太阳质量的恒星是不会成为中子星的,因此全可观测宇宙物质的原子核不会老老实实凑在一起,它们会继续坍缩,最终可能成为黑洞。这个黑洞的视界可以通过史瓦西半径公式Rs=2GM/C求得,其中G为万有引力常数,大小为6.67x10^-11牛·米/千克,M这里为宇宙总质量,C为光速,可求得Rs=1570亿光年。可以看出,如果把整个可观测宇宙看成一个黑洞,黑洞的史瓦西半径还大于宇宙成为中子星状态的半径,也大于现在可观测宇宙的半径(465亿光年),难怪有人说宇宙就是一个超级黑洞

超级黑洞

就像别的黑洞一样,连光也逃不出去,光速成为物体运动最高速,而人类就居住在黑洞里,竟然都活得好好的。哈哈,你们相信吗?

当然这也很像宇宙诞生的逆过程,它最终也有可能会收缩为一个奇点回到宇宙诞生前的状态。这时就没有什么黑洞视界了,整个宇宙收缩为一点了。

本内容不代表本网观点和政治立场,如有侵犯你的权益请联系我们处理。
网友评论
网友评论仅供其表达个人看法,并不表明网站立场。
显示评论内容(3)
  1. wilson2023-12-18 20:42wilson[云南省网友]203.25.182.197
    这个问题让我想起了《三》中“刀子套路”让人头皮发麻。
    顶6踩0
  2. 宝儿2023-10-21 08:03宝儿[台湾省网友]60.252.154.213
    想象有原子紧密排列场景感觉真很震撼。
    顶0踩0
  3. 天涯独行crystallover2023-08-23 19:24天涯独行crystallover[新疆网友]202.123.96.76
    这个问题真让人伤脑筋啊似乎很难有个简单答案。
    顶22踩0
相关阅读
宇宙可能是一个生物(太阳系或是其原子地球是其电子)

宇宙可能是一个生物(太阳系或是其原子地球是其电子)

而往大了想,宇宙可能是一个生物,各个星系可能就是它的奇观,而宇宙膨胀是这个生物在不断生长

2023-08-08

宇宙可能是个微观世界(细胞中的原子核和电子就像太阳系)

宇宙可能是个微观世界(细胞中的原子核和电子就像太阳系)

而随着科技的进步,关于宇宙的诞生猜想是越来越多,近期比较出名的说法是宇宙可能是个微观世界,也就说是在微观世界中人们发现了宇宙

2023-01-28

如果银河系只有电子大小 宇宙会有多大(无限大)

如果银河系只有电子大小 宇宙会有多大(无限大)

宇宙的尽头是什么,宇宙有多大,一直是人们津津乐道的话题。今天,我们来讨论微型宇宙。如果银河系收缩到一个电子大小,宇宙会有多大?宇宙中有成千上万

2023-07-27

研究:人体几乎是真空(微观间隙极其巨大)

研究:人体几乎是真空(微观间隙极其巨大)

但是,按照构成身体细胞的原子微观组成特征计算,我们的身体几乎是真空的

2023-01-02