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发布时间0：2023-06-20 06:01:05
物质越多则密度越大，密度有极限吗？黑洞密度是不是无穷大？
2021-09-16 10:12:12
来源：网络整理
作者：管理员
一斤棉花和一斤铁的重量是相等的，但一立方米的棉花和一立方米的铁，它们的重量则相差巨大。为什么呢？因为棉花和铁的密度不同。
相同的空间之内，物质总量越多，那么密度就越大，铁的密度比棉花高，所以相同体积的情况下，铁就会比棉花重。任何一个物体，我们只要得知它的体积和质量，然后用质量除以体积，就得出了密度。那么密度有没有极限呢？以常识来看，似乎应该是有，因为空间是有限的，用物质将一个空间完全填满不留空隙，此时这个空间的密度也就达到了最大。不过，怎么才能够将一个空间完全填满呢？即使是一个完整的铁块，它也并没有将所在的空间完全填满，因为铁原子之间也是存在着空隙的。
密度最大的物质
事实总是与常识背道而驰，如果我们说密度存在着一个极限，那么我们却无法给出一个数值，说出密度的极限到底是什么。而当我们放眼宇宙，又会被不断刷新认知，因为在宇宙之中，密度没有最大，只有更大。
在宇宙之中，最耀眼的明星就是恒星，恒星通过自身的聚变反应发光发热。在恒星的主序星阶段，恒星通过氢核聚变释放能量，而在氢元素耗尽之后，向外的扩张压减弱，恒星内部压力增加，于是氦核聚变被点燃，如此，恒星上的聚变过程会一步一步向更重的元素推进。像太阳这样质量相对较小的恒星，由于内部的引力有限，核聚变在推进到碳或氧元素的时候就会停止，在因核聚变而产生的向外的扩张压彻底消失之后，恒星便会在引力作用下向内坍缩，成为一颗白矮星。
白矮星的密度很高，一颗恒星在坍缩为白矮星之后，体积会缩小为原来的30万分之一。
如果一颗恒星的质量在太阳质量的8倍以上，那么它的核聚变会继续推进，直到铁元素为止。因为从铁元素开始，核聚变不再释放能量，而转为吸收能量，而此时恒星会在强大的引力作用下坍缩，之后会反弹释放巨大的能量，这一过程被称为超新星爆发，大量的物质在这一过程中被抛洒到宇宙之中，只留下了一个高密度的内核，这就是中子星。
中子星的密度更大，一颗质量达三倍太阳质量的中子星，它的直径往往只有十几公里。中子星的密度之所以比白矮星更大，是因为强大的引力将原子核压碎了，电子进入到原子核之中和质子结合成为中子，中子又聚集到了一起，就形成了中子星物质。
中子要远比原子更小，所以由中子结合形成的中子星自然也就拥有更高的密度。
不过中子并不是物质的最小形态，中子星也不是宇宙中密度最大的天体。如果一颗恒星的质量在太阳质量的30倍以上，那么它会在强大的引力作用下无限坍缩下去，而最终形成宇宙中最强大的天体，黑洞。由于黑洞的引力过于强大，所以在黑洞的视界内部，没有什么力量可以阻止物质不断坍缩下去，因此，通常认为黑洞的实体只是一个密度无限大而体积无限小的点，称之为奇点。
这里最令人感到困惑的问题就是，密度为何会无限大，体积又怎么会无限小？无限大的密度是一种怎样的存在，而无限小的体积又应该去如何理解呢？即使物质以基本粒子的形态存在，那么它也应该有一个体积，而并非一个体积无限小的点。
无限大的密度
从数学角度来说，无限大的密度的确是存在的，因为在黑洞的引力作用下，物质会不断向中心坍缩。无论是大黑洞，还是小黑洞，用它的质量除以一个无限小的体积，都会得出一个无限大的密度。虽然我们无法理解无限大的密度是如何存在的，但它的确是存在。
?根据宇宙大爆炸假说，宇宙也诞生于一个奇点，而这个奇点的物理性质与黑洞之中的奇点是相同的，如果我们把宇宙间所有的物质都变为基本粒子的形态，然后聚合在一起，那么得到的就不是一点，而是一个球，很大很大的球。而这显然与奇点的性质不符。我们无法理解奇点的构成，但奇点是一个密度无限大的点却是一个事实，而我们之所以无法理解密度为什么会无限大，很可能是因为在奇点之中，现有的物理法则都是失效的，所以超越了我们的认知。
#科学我知晓#
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