宇宙间最光滑的物体!科技都不能探明它的物质构成,是真的吗?
如果让你说出世上最光滑的物体,你会想到什么?人们通常会想到玻璃、玉石、金属等表面,光滑就意味着物体表面起伏小,纹理足够细腻。
但是,事实上,我们常见的光滑物体,如果用显微镜放大来看,它们的表面会有许多高低不平的起伏,起伏超过了分子水平,以纳米尺度来看,镜子的表面也会像山脉一样起伏不平。
在现阶段,人类所能制造的最光滑的物体,应该是照相机的感光元件(大多数是硅晶体),它对表面的光滑度有很高的要求,否则它就不能被很好地成像,尽管石墨烯材料在理论上比感光元件使用的硅晶更光滑,因为石墨烯通常是单层原子层,理论上它的波动不超过一个原子直径。
在物理上,密度越大的物质,其表面越光滑,因为它的分子和原子越紧密,它所形成的平面的波动性越小,那么这种物质也就越光滑!
当提到密度很大的物质时,我们会想到白矮星和中子星,它们每立方厘米有100公斤至2吨重,而中子星物质则有8000万至20亿吨重。
白矮星(内核是碳球)
白矮星是在它自己的强大压力下产生的。原子核周围的电子不能正常存在,于是在白矮星物质之间流动的自由电子变成了白矮星物质,因此白矮星是一个巨大的等离子体。而且中子星本身也因自身压力较大,电子甚至不能自由流动,因为它被压在质子中,形成中子,整个中子星就是由无数个中子形成的。
相对来说,中子星的表面要平滑一些,因为中子星物质的密度突破了原子的界限,进入了原子核的层次。
比如说,如果把地球比作一个氢原子,外围的电子大约和篮球一样大,内部的质子也和大楼一样大,外围的电子在大楼的6300公里外运行,就像一个像地球一样大的氢原子球。当物体表面仅有原子层的起伏时,它与氢原子球的差别也是最小的。
但在中子星上,这种水平差异被打破,它的尺度已缩小到原子核的质子和中子差异,因为引力是各向同性的,所以理论上,中子星表面的起伏只有一个中子的差异,这就相当于将地球大原子中的一个小球大小的电子压入内部建筑大小的质子内部,而表面的起伏也是地球大小的。
但事实上,中子星表面起伏比中子高得多,因为像中子星的星震这样的内部活动,同纬度上最大的起伏可能有几厘米。
但宇宙中实际上还有另一种比中子星表面更平滑的星体,那就是夸克星,夸克星比中子星本身压力更大,因此密度也比中子星大,它把所有中子都压成一个中子,因此它也是宇宙中单个最大的中子球,一般认为它比中子星稍小,直径不到8公里,但它也比太阳大,通常比太阳大3倍以上。
这类星体表面的光滑度已经小于中子的直径,我们也可以说它是宇宙中最光滑的物质,但我们却不能触摸它,因为夸克星巨大的引力使得任何接近它的物质都成为它的一部分,因此无论人类还是宇宙飞船,如果它们到达夸克星表面,都将成为这巨大中子球的一部分。
黑洞核心的物质密度理论上会更高,但我们不知道黑洞内部究竟是什么情况,是否存在实体表面,因此无法定义黑洞的情况。