密度有極限嗎?

恐懼認清自我質疑一切


密度無極限,奇點就是密度無限大,因此是無限的。

目前認知的奇點有兩種,一種是宇宙大爆炸前的奇點,一種是黑洞中心的奇點。這兩種奇點的共性就是體積無限小,密度無限大,時空曲率無限大。這後面幾個無限,完全是前面那個體積無限小引申出來的。我們想想,既然一個沒有辦法衡量體積的東西,小到無的東西,即使裡面只有一個質子,也會壓縮成無限密度了。

所以密度是無限的。但地球上所有物質都是有限的,因為只要在地球上,就沒有辦法達到那麼高的壓力。而且在宇宙中除了奇點,密度也都是有限的。

我們常見的物質都是有密度的,物質的密度比較實際上就是同體積所包含質量的多少。

氣體密度是最小的。比如空氣,密度為每立方米1.293公斤,也就是每立方厘米0.001293克;而氫每立方米只有0.08342公斤,每立方厘米就只有0.00008342克。

液體比氣體密度要大一些。比如水每立方米為1噸,每立方厘米(毫升)為1克,1升水1000毫升,就是1公斤。所以一般把水的密度稱為1。所有物質密度都可以看作是水的比例,所以又稱為比重。

汽油為0.7,就是同等體積的汽油相當於水質量的70%;酒精為0.79,就是1000毫升100%的酒精只有0.79公斤。所以兄弟們買酒時切記,同等價格1斤比500毫升更划得來。

以此類推,植物油根據不同原料製造出來約為0.9~0.93之間,人血為1.054,蜂蜜為1.4等等。液體中恐怕水銀是密度最大的了,為13.6。這些都是以克為單位,比如酒精比重0.79就是每立方厘米0.79克。

固態物質常見的有:泡沫塑料為0.01~0.03,木材根據不同品種在0.4~0.9之間,冰為0.9,石蠟為0.9,玻璃為2.4~2.8,鐵為7.8,銅為8.9,銀為10.53,金為19.32。目前已知密度最大的金屬元素就是鋨,密度達到22.59。


從以上密度的比較我們可以看出,所謂密度實際上就是同等體積的東西越輕密度就越小,越重密度就越大。

地球是一個以水為主的世界,所以密度一個最直觀的現象就是,凡是比水密度小的物質都能浮在水面上,凡是比水密度大的物質就只能沉下去了。根據這個原理,人類發明了船隻。

開始是用比水密度小的木頭做,後來人們發現用比水密度大的物質,只要做出足夠的空間也能夠漂浮,這是因為把重物質做成中空的箱形,整個體積平均密度就比水密度小了,當然就能夠浮在水面上了。

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還有一種方式可以把物資密度改變,甚至把物質變成另外的物質,這就是壓力。在宇宙中一些極端壓力狀態下,就有一些密度很高的特殊物質。

比如地球地心,壓力達到360萬個,溫度達到6800度,比太陽表面溫度還高,那裡的物質主要有鐵鎳組成,正常情況下鐵的密度約7.9,鎳的密度為8.9,但在地心高壓下,密度達到12.5。

但地球相比太陽又是小巫見大巫了。太陽質量是地球的33萬倍,中心壓力達到3000億大氣壓,溫度達到1500萬度,物質密度達到150,也就是150克一個立方厘米,1個立方米150噸。要知道太陽是一個氣態的星球,中心進行著熱核聚變的只是世界上最輕的氫元素。

但太陽比起中子星、白矮星又是小巫見大巫了,這兩種天體是宇宙中極端的天體。白矮星上的物質已經不是普通物質,在巨大引力壓力下,物質坍縮成為電子簡併態,每立方厘米密度達到1~10噸;中子星上在極端的壓力下,物質被壓縮成為中子簡併態,每立方厘米密度達到1~20億噸。這是人類已知除了奇點以外密度最大的物質了。

科學界認為還可能有夸克星的存在,這種天體物質密度比中子星又要大若干數量級。但目前尚沒有發現這種天體的真實存在。

這就是宇宙中物質的密度情況,歡迎大家一起來討論。


時空通訊


密度在物理學裡指的是單位體積內物質質量的多少。例如水的密度是每立方厘米1克,黃金的密度是每立方厘米19.26克。地球上密度最大的物質是鋨。密度達到了每立方厘米22.59克。

圖:鋨

在微觀世界上來觀測原子,會發現原子核只佔了極小的一部分空間,而主要質量卻集中在原子核上。所以,密度有進一步提升的空間。

圖:太陽結構

在太陽系中,物質密度最大的地方就在太陽的核心處。由於太陽的質量非常的巨大,在其核心處壓力達到了3300億個大氣壓,使得這裡的密度達到了每立方厘米150克,是水的150倍,鋨的6.64倍。

圖:白矮星

當太陽核心處的燃料耗盡後,就不會產生輻射壓來抵擋重力的壓縮作用了。這時會發生重力坍縮,直到將外層電子壓縮到最低能量軌道上,這時形成了電子簡併態物質。電子簡併壓能夠抵擋住1.44倍太陽質量的壓力。這時太陽就成為了白矮星。白矮星的物質密度達到了每立方厘米1噸。

圖:中子星



如果質量超過了1.44個太陽質量,電子簡併壓就抵擋不住重力的壓縮了。電子會被壓縮到原子核內部,形成了中子簡併態物質。這就是中子星。中子星的密度達到了每立方厘米8000萬噸~20億噸。

圖:雙黑洞合併

當質量超過了3.2倍太陽質量,就沒有什麼能夠抵擋得住重力坍縮了。它會坍縮成奇點。奇點的密度被認為是無限大的。但實際上是不會出現無限大的。


講科學堂


在理論中,密度是沒有極限的,理論上是存在著密度無限大的物體的,比如說奇點,就是一個體積無限小,密度無限大的物體。

我們熟悉的水,密度為1克/立方厘米,而黃金的密度達到了19.26克/立方厘米,是水的密度的幾十倍,在我們看來,黃金的密度已經是大得可怕了,地球上密度最大的物質是金屬鋨,密度達到了22.59克/立方厘米。但是放眼全宇宙,這點密度還真的算不了什麼,宇宙中有的是物體,它的密度簡直就是天文數字。

為什麼物體密度的差異如此之大呢?這是因為原子中是存在著很大的空隙的,原子直徑的數量級大概是原子核直徑數量級的10000倍,可見原子的內部還是非常空曠的,所以只要是原子可以被強大的力量所擠壓,它的密度理論上就可以增大。如果將原子核比作是一個小鋼珠的話,那麼原子就相當於一個足球場這麼大。一般說來,相對原子質量越大的金屬,其密度也就越大,當然這不是一定的,因為這還跟其原子的空間排列有關。

正是因為原子中間存在著那麼大的空隙,所以這就是地心物質密度遠遠高於地球表面物質的原因,在地球的內部,由於受到了強大的壓力,這裡鐵和鎳的密度達到了15克/立方厘米,比正常狀態下的要大上不少。在木星壓強極大的核心,氣體氫被壓縮成了金屬氫,在太陽系中,密度最大的地方位於太陽的核心,這裡的密度達到了150克每立方厘米,是水的150倍!



在宇宙中,存在著一種名為白矮星的星體,是演化到生命末期的恆星,在自身強大的引力作用下,白矮星上的原子物質,原子核外的電子被壓縮到原子核表面,形成一種名為電子簡併態的物體,白矮星上物體的密度為1000000g/立方厘米,也就是一噸每立方厘米,密度大的可以達到幾十噸每立方厘米。而比白矮星更進一步的,就是中子星了,中子星是宇宙可怕程度僅次於黑洞的天體,在中子星上,壓力是如此之大,以至於電子都被壓縮進了原子核中,也就是意味著中子星就像是一個巨大的中子一樣,而它的密度就更可怕了,典型的中子星密度為每立方厘米1億噸以上,是水的密度的100億倍,而這也是原子核的密度。在中子星之上的,那就是黑洞了,理論上黑洞的密度是無限大的。


鏡像科普



首先,密度是有上限的。

其次,密度=質量÷體積。

又次,質量有上限,現代科學認為,宇宙是有限的,全宇宙的質量也是有限的。

再次,體積是有下限的,量子力學認為,空間並非無限可分,它的最小值是普朗克長度,體積的下限就是普朗克體積。

所以,密度的上限就是全宇宙的質量壓縮到普朗克體積這樣一個小球裡面。

沒錯,宇宙大爆炸的最初,就是這樣的狀態。


萬華天鏡


答:現有理論之下,密度是沒有極限的。


密度公式為ρ=m/v,表示單位體積內包含的物質質量;比如在標況下,空氣密度為0.001293克/立方厘米,水的密度為1克/立方厘米,鐵的密度為7.9克/立方厘米。

一立方厘米大約就是一個骰子大小,在宇宙中,存在很多極端的情況,比如下面幾個:

地球核心

密度高達15克/立方厘米,是水密度的15倍,主要成分是鐵和鎳,由於巨大的壓力,使得鐵鎳原子之間的間隙縮小。


金屬鋨

地球上密度最大的物質是金屬鋨 ,密度高達22.6克/立方厘米。


太陽核心

太陽核心的密度,高達150克/立方厘米,是太陽系中密度最高的地方;但是太陽整體的平均密度很低,只有1.41克/立方厘米。


白矮星

白矮星密度高達10噸/立方厘米,白矮星是中小質量恆星在演化末期的產物;比如我們太陽在60億年後就會演化為白矮星,白矮星由於自身強大的引力,使得內部原子的外層電子被嚴重擠壓,處於電子簡併態。


中子星

典型的中子星密度高達1億~10億噸/立方厘米,這已經遠遠超過了地球物質的密度,相當於一個骰子大小的白矮星物質,就和一座山的質量相當;如果把地球壓縮到中子星密度,直徑只有大約20米。

中子星在1.44倍太陽質量到3倍太陽質量之間,由中子簡併壓力抵抗著萬有引力,如果中子星的質量繼續增加,中子星會繼續塌縮成夸克星或者黑洞。


夸克星

密度至少為10億噸/立方厘米,是天文學上預言的天體,目前還未被發現。


黑洞奇點

根據廣義相對論的描述,黑洞奇點的體積無窮小,密度無窮大。黑洞已被天文學證實存在,但是黑洞內部的情況,目前還沒有理論能夠定量描述;關於黑洞奇點的相關問題,也是當前物理學的難題。

對於黑洞密度無窮大的解釋,也存在很多爭議,或許是當前理論不完善導致的發散結果;就比如在牛頓力學,兩個物體無限接近時,萬有引力定律描述它們之間的引力無窮大,如果考慮量子力學的原子結構,就不會出現引力發散的情況。


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艾伯史密斯


你的問題很有深度,不僅挑戰了現代科學,而且挑戰了人類的哲學思維。密度有極限嗎?嚴謹的告訴你,沒有人知道!提到密度的極限,不得不說黑洞,這是人類發現的密度最大的天體。

黑洞,不得不談史瓦西半徑。按照廣義相對論場方程式解得的史瓦西半徑,隨著向點狀引力源的趨近,時空幾何出現奇異行為。更驚奇的是,奇異性在臨界距離 r=2GM/c^2 處開始出現,這裡M是中心星的質量,G是牛頓的萬有引力常數,c是光速(以下將這個公式簡化為r=2M),這個臨界距離與引力質量成正比,對太陽質量是3公里,對100萬倍太陽質量是300萬公里,對地球則是1釐米(9mm)。這個距離就叫做史瓦西半徑,它不是別的,正是按照牛頓方式計算的表面逃逸速度達到光速的星體尺度。

按照史瓦西解,在臨界半徑r=2M以內,空間和時間都喪失了自己的特徵。在這個半徑以內用以測量距離和時間的規則都失效了,時間變成0,而距離趨於無限。

根據史瓦西半徑,如果一個重力天體的半徑小於史瓦西半徑,天體將會發生坍塌。在這個半徑以下的天體,其間的時空彎曲得如此厲害,以至於其發射的所有射線,無論是來自什麼方向的,都將被吸引入這個天體的中心。因為相對論指出任何物質都不可能超越光速,在史瓦西半徑以下的天體的任何物質——包括重力天體的組成物質——都將塌陷於中心部分。一個有理論上無限密度組成的點組成重力奇點。

今年的黑洞照片,直接證實了黑洞這種天體確實存在。但目前人類還不能深入研究黑洞內部,黑洞內部理論上是密度無限的奇點,那麼,如果宇宙是奇點大爆炸產生的,說明密度有極限,當奇點密度達到一定極限才會爆炸,要不黑洞不是早爆炸了嗎?

綜上所述,我認為人類談密度有無極限,為時尚早。等人類把黑洞研究透了,答案自然而然的就知道了。


癲濟哥


現實物理是沒有無窮的,0和無窮都是數學概念。

我早就說過,呼吸是黑洞的存在狀態。科學家的觀測也證實了我的預言。黑洞吸的時候,就達到了物質世界的密度上限。這個上限肯定不是無窮大。

什麼是黑洞的呼吸呢?黑洞內部是極不平靜的。首先黑洞由於自重產生擠壓,體積變小。這個過程就是黑洞的“吸”。黑洞壓力過大時,黑洞物質分解,萬有引力消失,黑洞因此膨脹,這就是黑洞的“呼”。黑洞膨脹到一定程度後,黑洞物質又重新生成,萬有引力產生,使黑洞回縮,產生新一輪的“吸”。

到這裡,你要說我毫無根據胡說八道了。萬有引力怎麼會消失呢?這一點,我已經在關於萬有引力本質的多個問答裡回答過了,篇幅較長,這裡略作提及:萬有引力是基礎微粒的震盪產生的,黑洞將基礎微粒壓壞,震盪消失,引力跟著消失。

科學家的觀測印證了我的理論。科學家發現,黑洞體積越大,密度越小,目前尚無理論解釋。但是用我的黑洞呼吸理論,恰好能解釋這一現象:黑洞減小的密度,來自消失的引力和質量。而黑洞內的物質,並沒有絲毫的減少。

這裡略作延伸:所謂宇宙大爆炸,就是黑洞經過漫長時間的吸積,質量越來越大,呼吸作用越來越劇烈。當其呼氣的範圍超出史瓦西半徑時,在其呼氣時由於超出史瓦西半徑和質量減少的雙重效果,噴發速度超過了萬有引力形成的速度,就會產生遠超光速的大噴發(基礎微粒比磁子小得多,磁子比光子小得多)。

由於解說過於簡略,對於給大家造成的閱讀困難表示抱歉。


民科尖兵


物質是由能量內在凝結凝聚產生形成的,物質是外在能量運動凝結轉化形成的內在能量循環旋轉環繞結構組織運動形式。物質各種運動結構組織就是各種物質粒子。物質各種結構組織運動粒子都有其相應的運動結構空間限制。因此各種物質都有其相應的結構組織空間和密度限制。物質最微小最緻密的結構組織空間是物質最初產生形成的無窮微小的元初普朗克粒子物質,這種無窮微小的普朗克粒子即是無窮微小的粒子黑洞,其粒子內在能量運動速度即是內在閉合循環旋轉的光速,也就是外在開放旋轉前進的光子能量達到閉合循環旋轉環繞運動條件轉化形成的。只是這種最基礎微小的物質元初普朗克粒子的空間組運動結構已經微小到人類目前能力無法認識理解和觀測的無窮小10一33cm。而人們常識中的黑洞也是由這種無窮微小的普朗克粒子形成的普朗克粒子星,其仍是有一定物質粒子空間組織結構的,並不存在所謂的"奇點"。

黑洞的質量引力壓力超過物質最微小的普朗克粒子組織結構承受能力條件,會使物質最微小的普朗克粒子結構破裂毀壞粉碎,轉化釋放還原為形成物質的純能量熱能能量,而由純能量熱能能量的轉化釋放疊加使熱能能量溫度斥力無限升高,而達到熱能能量與引力臨界平衡穩定的熱平衡狀態,平衡阻擋黑洞無窮引力。使黑洞由黑洞引力與普朗克粒子結構承受力的黑洞普朗克粒子結構冷寂冷平衡轉化為熱能與引力熱平衡並向外輻射釋放無窮熱能能量的白洞。黑洞的質量引力密度極限就是物質最微小的普朗克粒子結構能承受的限制,在這個限制以內就是冷寂死寂的黑洞一一普朗克粒子星,超過普朗克粒子結構承受能力限制,黑洞普朗克粒子結構粉碎毀滅轉化為純能量熱能,形成熱能能量與引力熱平衡輻射釋放無窮熱能能量的白洞。現實宇宙中有著無窮神秘能量無比明亮的古老類星體就黑洞質量引力溫度壓力達到物質最微小的普朗克粒子粉碎毀滅轉化為純能量熱能能量的白洞。


識破天機拯救天下


“凡是具體的,都是有限的;只有抽象的,才是無限的。”這是我們人類認識的一個基本原則,是我們判斷認識正確與否的一個標準。因為,零或無窮大的事物,在現實的世界中都是無法想象的。

比如,宇宙是膨脹的,那麼宇宙的體積就一定是有限的。體積為零或無窮大的膨脹,是沒有物理意義的。

實際上,零或無窮大僅只是數學上的抽象概念。在現實的世界中,不存在零或無窮大的事物。

對於密度這一具體的物理概念而言也是如此,不存在密度為零或無窮大的物體。

對於不存在密度為零的物體,是比較好理解的,就是不存在絕對的真空。否則的話,就只是虛無,是沒有物理意義的。

對於人類來說,虛無只是暫時沒有認識和感應到存在的物理意義,而不是真的存在虛無的空間。

比如,古希臘時期的原子論,認為原子是最小的實體,原子之間的空隙就是虛無。然而,後來隨著人類認識的進步,逐步發現了空氣和空間。前者是由離散的氣體分子構成的,而後者則是由離散的不可再分的最小粒子——量子構成的。

至於物體的密度,也隨著人類發現粒子的逐漸細小和基本,而不斷地增大。

比如,當認識到原子層次時,發現的天體是太陽,其密度與地球🌍上的物質密度大體相當;

後來又認識到存在著靠電子的簡併壓形成的白矮星,其密度大了許多倍,據說一個火柴盒大小的白矮星有幾噸重;

再往後,認識到存在著中子星,即電子和質子被擠壓成中子。於是,中子星的密度又大了很多倍,其相當於基本粒子的密度。

最後,科學家👩‍🔬們根據萬有引力公式,距離為零時,引力無窮大,推斷出了密度無窮大的奇點。對於具體的天體來說,就形成了連光也無法逃逸的黑洞;對於我們的宇宙來說,就由奇點產生反轉,形成了超過光速的巨大爆炸。

對於最後一點是存疑🤨的,因為密度無限大的奇點失去了具體的物理意義。其問題就出在萬有引力公式,在作用距離為零時的無窮大。

在現實的世界中,不存在距離為零的情況。而且,在距離為零的情況下,不存在空間效應,超距的萬有引力也就因此而消失了。

實際上,我們每發現密度增大的天體,都是由更為基本的粒子構成的,其密度的上限是該粒子本身的密度。粒子的半徑限制🚫了密度的進一步增大。

對於我們的宇宙來說,其密度的極限就是不可再分的最小粒子——量子之間的距離等於零。

由於普朗克常數h的存在,其物理量綱為粒子的角動量,是量子的本徵參量,說明量子的質量和半徑都是大於零的。根據計算,量子的半徑等於3.58x10-21釐米。

所以,作為一個相對獨立的封閉體系,我們的宇宙是由離散的量子構成的,宇宙中所含有的量子數目是不變的。只是由於宇宙的膨脹,使量子之間的距離也越來越大,充斥於整個宇宙。

當宇宙收縮時,量子之間的距離又會不斷地減小。宇宙收縮的極限就是量子的間距等於零。於是,宇宙開始了反轉,形成了宇宙的大爆炸。因此,宇宙不存在奇點,宇宙密度的上限就是量子本身的密度。

總之,具體而有限的宇宙,是由不可再分的最小粒子——量子構成的。宇宙密度的下限是量子間距的無窮大,此時宇宙消亡了;宇宙密度的上限是量子之間的距離為零,即宇宙開始了反轉,產生劇烈的膨脹。


淡漠乾坤


目前來說。物質密度是沒有極限的,如果真有物質密度極限一說,那麼黑洞的密度就不在是沒有極限的。但理論上,黑洞是一個體積無限小,密度無限大的天體。目前宇宙觀測密度最大的是中子星,其質量最大可達20億噸每立方厘米。相當於指頭大點的東西就有20億噸。

許多朋友會說,怎麼可能。密度無限大,那麼體積就是無限小。那能比史瓦西半徑如何解釋,太陽的史瓦西半徑約為3千米,地球的史瓦西半徑只有約9毫米。這應該是一個物體壓縮的極限了吧。事實上,史瓦西半徑就是黑洞臨界值,比史瓦西半徑還小的,就是黑洞。



還有一個普朗克長度,這個長度是目前物理學中的長度最小極限,即1.6x10的負33次方釐米,是一個質子直徑10的22次方分之一。不可達到。一切小於這個長度的物質都沒有任何意義。


所以就目前而言,不管是史瓦西半徑和普朗克長度,都可以說是還在人類物理定律和理論範疇。但人類所有物理定律在黑洞面前都是無用的。都是失效的。所以黑洞用史瓦西半徑和普朗克長度衡量對比,二者根本不能做比較,至少目前為止黑洞實際密度是一個迷。


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