奇怪的白矮星,重量大的反而個頭小

我們知道對於一般物體而言,只要其材質相同,那麼它的個頭就和他的重量成正比了,也就是俗話說的的個頭大的壓秤。但是這個規律卻在一種奇怪的天體上失效了,這個天體就是白矮星。


奇怪的白矮星,重量大的反而個頭小

白矮星想象圖

白矮星是一種緻密星,一個太陽般大小的白矮星只有地球一樣大。

通過高中知識,我們知道,如此高密度的情況下,原子和原子幾乎被壓實到肩並肩的狀態,然而原子外層是電子,電子帶負電,兩個電子就因為同時帶負電而產生斥力,距離越近斥力越強。也就是說更大的白矮星是原子之間靠的更近了,也就是質量的的白矮星更緊實。

奇怪的白矮星,重量大的反而個頭小

電磁都是同性相斥異性相吸


但是真實情況更為複雜。實際情況如下:

在如此緻密的情況下,構成白矮星的物質並非我們的常見的一般物質,而是簡併態物質。簡併態物質是超高密度的費米物質組成,由於泡利不相容原理阻礙粒子佔有相同量子態,迫使許多粒子進入高能量子態(超高動能),而顯示簡併壓力,使密度增大。對於一團等離子體而言,當密度達到其中的費米子粒子“肩並肩”的時候,由於泡利不相容原理阻礙粒子佔有相同量子態,使得每個費米子的位置都相對固定(Δx很小)。而我們知道海森堡不確定原理:ΔpΔx ≥ ħ/2,Δx很小意味著Δp很大,也就意味著粒子的動量的高度不確定。所以簡併態物質即便處於低溫狀態其依然具有很極端的平均粒子動能,而如此極端的平均粒子動能簡併態物質狀態需要極高的壓強來維持。

奇怪的白矮星,重量大的反而個頭小

簡併壓抵抗引力

也就是說巨大的Δp帶來的向外壓強抵抗住了引力。因此假設白矮星的質量增加引力加強,那麼就需要更大的電子Δp來抵抗引力,也就是說Δx要更小。通俗得講就是巨大的引力把白矮星壓得更為緻密了,也正是這更為緻密的簡併態物質抵抗住了引力。


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