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「宇宙瘟疫」——中子星內核中可能存在的奇異物質

中子星是部分恆星在演化末期形成的一種密度極高的天體。雖然中子星的直徑只有十幾公里左右,但卻擁有數倍於太陽的質量——中子星正是靠巨大的質量形成的引力把自己壓縮到那麼小的體積。據估算,一立方厘米的中子星物質即可有數億噸至十數億噸的質量,相當於把珠穆朗瑪峰壓縮到一塊方糖大小。由於強大的引力,在中子星的表面,最高的「山峰」不會超過5毫米。如果從中子星表面一米高的地方丟下一件東西,它會在千分之一秒內墜落到中子星表面,並且在撞擊中子星表面前就加速到2000公里每秒的速度。

如果中子星在自轉,就是脈衝星

然而最讓人匪夷所思的,是中子星內部可能存在著一種極其危險的物質——奇異物質。這種奇異物質可以「感染和破壞」一切它接觸到的正常物質,把正常物質變小的同時,變成和自己一樣會傳染的奇異物質。

中子星之所以得名,是因為它自身的引力把電子和質子都壓縮到了一起成為中子,整個中子星幾乎全是由中子組成,但科學家推測,中子星內部可能有被壓碎的中子形成的「夸克湯」,而「奇異物質」就可能誕生在這種「夸克湯」中。

夸克是形成質子、中子的基本粒子,一共有六種,用常人的眼光來看,夸克具有很多難以理解的性質,比如它們具有奇怪的分數電荷(比如 2?3或-1?3),而且其中只有上夸克和下夸克可以穩定存在,其它幾種都會在極短的時間內衰變。

上夸克具有 2?3的電荷,下夸克具有-1?3的電荷

它們以2 1和1 2的組合形成帶正電的質子或電中性的中子

但是在中子星中,科學家推斷會存在一種特殊的情況,不穩定的夸克中的一種「奇夸克」會變得能夠穩定存在,並形成低能態的「奇異物質」。一旦這種物質形成,它就會一直穩定存在下去,並不會因為脫離中子星而變得不穩定。

奇異物質可怕的地方就在於它具有比普通物質更低的能態。一旦奇異物質接觸到普通物質,就會引發普通物質的「衰變」,普通物質會在中子、質子層面發生「溶解」,釋放出能量的同時,轉變為奇異物質。整個過程就像一點點火星點燃了草原上的乾草,一發而不可收拾。

通常情況下,奇異物質都會被封閉在中子星核心裡,並不會跑到外面來,但在個別情況下,存在奇異物質被從中子星中拋出的可能——比如中子星與中子星發生碰撞或中子星被黑洞吞噬的時候。

中子星是我們已經觀測到的確實存在的天體,那中子星碰撞合併真的存在嗎?答案是肯定的,2017年8月17日,美國的「激光干涉引力波天文台(LIGO)」就宣布,已經探測到雙中子星合併的引力波事件。

激光干涉儀引力波天文台(LIGO)由兩條4千米長的真空管道組成,目前已探測到多次黑洞、中子星合併事件

如果奇異物質真的存在,它們可能在中子星的碰撞中被拋散出來,形成「奇異塵埃」,飄散在星際空間。它們小的可能比原子還小,大的可以達到幾十米,暫且不考慮它們具有的極大密度,一旦它們在星際空間中碰到普通物質構成的行星或恆星,就會將其轉變為和自己一樣成分的「奇異星」。如果奇異塵埃碰到地球,地球可能會縮小成幾十米的大小。如果奇異塵埃碰到太陽,太陽會變成直徑只有幾公里的球體——我們的太陽真的有可能會突然「消失」。

太陽如果真的變成奇異星

體積比圖裡描繪的還要小得多

當然,這些可怕場景出現的前提是奇異物質真的存在。慶幸的是,目前我們還沒有觀察到有奇異物質存在的跡象,雖然有的科學家懷疑奇異物質就是我們苦苦尋找的「暗物質」,但目前也沒有過硬的證據。

那「奇異物質」是不是個別科學家為博眼球而編造的聳人聽聞的說法呢?還真不是,提出「奇異物質假說」的科學家中,包括量子場論、弦理論的頂尖專家、M理論的創立者、當代最偉大的物理學家之一、大名鼎鼎的愛德華·威滕——被許多學者認為可與愛因斯坦相提並論的物理學家。

愛德華·威滕

也許我們應該祈禱一下,希望威滕能和愛因斯坦一樣,在某些問題,比如「奇異物質」這事上,判斷錯誤吧。

對了,你知道愛因斯坦在哪些事上「判斷失誤」過嗎?關注潮科學,稍後為大家講解愛因斯坦看走眼的故事。

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