密度有极限吗?

恐惧认清自我质疑一切


密度无极限,奇点就是密度无限大,因此是无限的。

目前认知的奇点有两种,一种是宇宙大爆炸前的奇点,一种是黑洞中心的奇点。这两种奇点的共性就是体积无限小,密度无限大,时空曲率无限大。这后面几个无限,完全是前面那个体积无限小引申出来的。我们想想,既然一个没有办法衡量体积的东西,小到无的东西,即使里面只有一个质子,也会压缩成无限密度了。

所以密度是无限的。但地球上所有物质都是有限的,因为只要在地球上,就没有办法达到那么高的压力。而且在宇宙中除了奇点,密度也都是有限的。

我们常见的物质都是有密度的,物质的密度比较实际上就是同体积所包含质量的多少。

气体密度是最小的。比如空气,密度为每立方米1.293公斤,也就是每立方厘米0.001293克;而氢每立方米只有0.08342公斤,每立方厘米就只有0.00008342克。

液体比气体密度要大一些。比如水每立方米为1吨,每立方厘米(毫升)为1克,1升水1000毫升,就是1公斤。所以一般把水的密度称为1。所有物质密度都可以看作是水的比例,所以又称为比重。

汽油为0.7,就是同等体积的汽油相当于水质量的70%;酒精为0.79,就是1000毫升100%的酒精只有0.79公斤。所以兄弟们买酒时切记,同等价格1斤比500毫升更划得来。

以此类推,植物油根据不同原料制造出来约为0.9~0.93之间,人血为1.054,蜂蜜为1.4等等。液体中恐怕水银是密度最大的了,为13.6。这些都是以克为单位,比如酒精比重0.79就是每立方厘米0.79克。

固态物质常见的有:泡沫塑料为0.01~0.03,木材根据不同品种在0.4~0.9之间,冰为0.9,石蜡为0.9,玻璃为2.4~2.8,铁为7.8,铜为8.9,银为10.53,金为19.32。目前已知密度最大的金属元素就是锇,密度达到22.59。


从以上密度的比较我们可以看出,所谓密度实际上就是同等体积的东西越轻密度就越小,越重密度就越大。

地球是一个以水为主的世界,所以密度一个最直观的现象就是,凡是比水密度小的物质都能浮在水面上,凡是比水密度大的物质就只能沉下去了。根据这个原理,人类发明了船只。

开始是用比水密度小的木头做,后来人们发现用比水密度大的物质,只要做出足够的空间也能够漂浮,这是因为把重物质做成中空的箱形,整个体积平均密度就比水密度小了,当然就能够浮在水面上了。

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还有一种方式可以把物资密度改变,甚至把物质变成另外的物质,这就是压力。在宇宙中一些极端压力状态下,就有一些密度很高的特殊物质。

比如地球地心,压力达到360万个,温度达到6800度,比太阳表面温度还高,那里的物质主要有铁镍组成,正常情况下铁的密度约7.9,镍的密度为8.9,但在地心高压下,密度达到12.5。

但地球相比太阳又是小巫见大巫了。太阳质量是地球的33万倍,中心压力达到3000亿大气压,温度达到1500万度,物质密度达到150,也就是150克一个立方厘米,1个立方米150吨。要知道太阳是一个气态的星球,中心进行着热核聚变的只是世界上最轻的氢元素。

但太阳比起中子星、白矮星又是小巫见大巫了,这两种天体是宇宙中极端的天体。白矮星上的物质已经不是普通物质,在巨大引力压力下,物质坍缩成为电子简并态,每立方厘米密度达到1~10吨;中子星上在极端的压力下,物质被压缩成为中子简并态,每立方厘米密度达到1~20亿吨。这是人类已知除了奇点以外密度最大的物质了。

科学界认为还可能有夸克星的存在,这种天体物质密度比中子星又要大若干数量级。但目前尚没有发现这种天体的真实存在。

这就是宇宙中物质的密度情况,欢迎大家一起来讨论。


时空通讯


密度在物理学里指的是单位体积内物质质量的多少。例如水的密度是每立方厘米1克,黄金的密度是每立方厘米19.26克。地球上密度最大的物质是锇。密度达到了每立方厘米22.59克。

图:锇

在微观世界上来观测原子,会发现原子核只占了极小的一部分空间,而主要质量却集中在原子核上。所以,密度有进一步提升的空间。

图:太阳结构

在太阳系中,物质密度最大的地方就在太阳的核心处。由于太阳的质量非常的巨大,在其核心处压力达到了3300亿个大气压,使得这里的密度达到了每立方厘米150克,是水的150倍,锇的6.64倍。

图:白矮星

当太阳核心处的燃料耗尽后,就不会产生辐射压来抵挡重力的压缩作用了。这时会发生重力坍缩,直到将外层电子压缩到最低能量轨道上,这时形成了电子简并态物质。电子简并压能够抵挡住1.44倍太阳质量的压力。这时太阳就成为了白矮星。白矮星的物质密度达到了每立方厘米1吨。

图:中子星



如果质量超过了1.44个太阳质量,电子简并压就抵挡不住重力的压缩了。电子会被压缩到原子核内部,形成了中子简并态物质。这就是中子星。中子星的密度达到了每立方厘米8000万吨~20亿吨。

图:双黑洞合并

当质量超过了3.2倍太阳质量,就没有什么能够抵挡得住重力坍缩了。它会坍缩成奇点。奇点的密度被认为是无限大的。但实际上是不会出现无限大的。


讲科学堂


在理论中,密度是没有极限的,理论上是存在着密度无限大的物体的,比如说奇点,就是一个体积无限小,密度无限大的物体。

我们熟悉的水,密度为1克/立方厘米,而黄金的密度达到了19.26克/立方厘米,是水的密度的几十倍,在我们看来,黄金的密度已经是大得可怕了,地球上密度最大的物质是金属锇,密度达到了22.59克/立方厘米。但是放眼全宇宙,这点密度还真的算不了什么,宇宙中有的是物体,它的密度简直就是天文数字。

为什么物体密度的差异如此之大呢?这是因为原子中是存在着很大的空隙的,原子直径的数量级大概是原子核直径数量级的10000倍,可见原子的内部还是非常空旷的,所以只要是原子可以被强大的力量所挤压,它的密度理论上就可以增大。如果将原子核比作是一个小钢珠的话,那么原子就相当于一个足球场这么大。一般说来,相对原子质量越大的金属,其密度也就越大,当然这不是一定的,因为这还跟其原子的空间排列有关。

正是因为原子中间存在着那么大的空隙,所以这就是地心物质密度远远高于地球表面物质的原因,在地球的内部,由于受到了强大的压力,这里铁和镍的密度达到了15克/立方厘米,比正常状态下的要大上不少。在木星压强极大的核心,气体氢被压缩成了金属氢,在太阳系中,密度最大的地方位于太阳的核心,这里的密度达到了150克每立方厘米,是水的150倍!



在宇宙中,存在着一种名为白矮星的星体,是演化到生命末期的恒星,在自身强大的引力作用下,白矮星上的原子物质,原子核外的电子被压缩到原子核表面,形成一种名为电子简并态的物体,白矮星上物体的密度为1000000g/立方厘米,也就是一吨每立方厘米,密度大的可以达到几十吨每立方厘米。而比白矮星更进一步的,就是中子星了,中子星是宇宙可怕程度仅次于黑洞的天体,在中子星上,压力是如此之大,以至于电子都被压缩进了原子核中,也就是意味着中子星就像是一个巨大的中子一样,而它的密度就更可怕了,典型的中子星密度为每立方厘米1亿吨以上,是水的密度的100亿倍,而这也是原子核的密度。在中子星之上的,那就是黑洞了,理论上黑洞的密度是无限大的。


镜像科普



首先,密度是有上限的。

其次,密度=质量÷体积。

又次,质量有上限,现代科学认为,宇宙是有限的,全宇宙的质量也是有限的。

再次,体积是有下限的,量子力学认为,空间并非无限可分,它的最小值是普朗克长度,体积的下限就是普朗克体积。

所以,密度的上限就是全宇宙的质量压缩到普朗克体积这样一个小球里面。

没错,宇宙大爆炸的最初,就是这样的状态。


萬華天鏡


答:现有理论之下,密度是没有极限的。


密度公式为ρ=m/v,表示单位体积内包含的物质质量;比如在标况下,空气密度为0.001293克/立方厘米,水的密度为1克/立方厘米,铁的密度为7.9克/立方厘米。

一立方厘米大约就是一个骰子大小,在宇宙中,存在很多极端的情况,比如下面几个:

地球核心

密度高达15克/立方厘米,是水密度的15倍,主要成分是铁和镍,由于巨大的压力,使得铁镍原子之间的间隙缩小。


金属锇

地球上密度最大的物质是金属锇 ,密度高达22.6克/立方厘米。


太阳核心

太阳核心的密度,高达150克/立方厘米,是太阳系中密度最高的地方;但是太阳整体的平均密度很低,只有1.41克/立方厘米。


白矮星

白矮星密度高达10吨/立方厘米,白矮星是中小质量恒星在演化末期的产物;比如我们太阳在60亿年后就会演化为白矮星,白矮星由于自身强大的引力,使得内部原子的外层电子被严重挤压,处于电子简并态。


中子星

典型的中子星密度高达1亿~10亿吨/立方厘米,这已经远远超过了地球物质的密度,相当于一个骰子大小的白矮星物质,就和一座山的质量相当;如果把地球压缩到中子星密度,直径只有大约20米。

中子星在1.44倍太阳质量到3倍太阳质量之间,由中子简并压力抵抗着万有引力,如果中子星的质量继续增加,中子星会继续塌缩成夸克星或者黑洞。


夸克星

密度至少为10亿吨/立方厘米,是天文学上预言的天体,目前还未被发现。


黑洞奇点

根据广义相对论的描述,黑洞奇点的体积无穷小,密度无穷大。黑洞已被天文学证实存在,但是黑洞内部的情况,目前还没有理论能够定量描述;关于黑洞奇点的相关问题,也是当前物理学的难题。

对于黑洞密度无穷大的解释,也存在很多争议,或许是当前理论不完善导致的发散结果;就比如在牛顿力学,两个物体无限接近时,万有引力定律描述它们之间的引力无穷大,如果考虑量子力学的原子结构,就不会出现引力发散的情况。


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艾伯史密斯


你的问题很有深度,不仅挑战了现代科学,而且挑战了人类的哲学思维。密度有极限吗?严谨的告诉你,没有人知道!提到密度的极限,不得不说黑洞,这是人类发现的密度最大的天体。

黑洞,不得不谈史瓦西半径。按照广义相对论场方程式解得的史瓦西半径,随着向点状引力源的趋近,时空几何出现奇异行为。更惊奇的是,奇异性在临界距离 r=2GM/c^2 处开始出现,这里M是中心星的质量,G是牛顿的万有引力常数,c是光速(以下将这个公式简化为r=2M),这个临界距离与引力质量成正比,对太阳质量是3公里,对100万倍太阳质量是300万公里,对地球则是1厘米(9mm)。这个距离就叫做史瓦西半径,它不是别的,正是按照牛顿方式计算的表面逃逸速度达到光速的星体尺度。

按照史瓦西解,在临界半径r=2M以内,空间和时间都丧失了自己的特征。在这个半径以内用以测量距离和时间的规则都失效了,时间变成0,而距离趋于无限。

根据史瓦西半径,如果一个重力天体的半径小于史瓦西半径,天体将会发生坍塌。在这个半径以下的天体,其间的时空弯曲得如此厉害,以至于其发射的所有射线,无论是来自什么方向的,都将被吸引入这个天体的中心。因为相对论指出任何物质都不可能超越光速,在史瓦西半径以下的天体的任何物质——包括重力天体的组成物质——都将塌陷于中心部分。一个有理论上无限密度组成的点组成重力奇点。

今年的黑洞照片,直接证实了黑洞这种天体确实存在。但目前人类还不能深入研究黑洞内部,黑洞内部理论上是密度无限的奇点,那么,如果宇宙是奇点大爆炸产生的,说明密度有极限,当奇点密度达到一定极限才会爆炸,要不黑洞不是早爆炸了吗?

综上所述,我认为人类谈密度有无极限,为时尚早。等人类把黑洞研究透了,答案自然而然的就知道了。


癫济哥


现实物理是没有无穷的,0和无穷都是数学概念。

我早就说过,呼吸是黑洞的存在状态。科学家的观测也证实了我的预言。黑洞吸的时候,就达到了物质世界的密度上限。这个上限肯定不是无穷大。

什么是黑洞的呼吸呢?黑洞内部是极不平静的。首先黑洞由于自重产生挤压,体积变小。这个过程就是黑洞的“吸”。黑洞压力过大时,黑洞物质分解,万有引力消失,黑洞因此膨胀,这就是黑洞的“呼”。黑洞膨胀到一定程度后,黑洞物质又重新生成,万有引力产生,使黑洞回缩,产生新一轮的“吸”。

到这里,你要说我毫无根据胡说八道了。万有引力怎么会消失呢?这一点,我已经在关于万有引力本质的多个问答里回答过了,篇幅较长,这里略作提及:万有引力是基础微粒的震荡产生的,黑洞将基础微粒压坏,震荡消失,引力跟着消失。

科学家的观测印证了我的理论。科学家发现,黑洞体积越大,密度越小,目前尚无理论解释。但是用我的黑洞呼吸理论,恰好能解释这一现象:黑洞减小的密度,来自消失的引力和质量。而黑洞内的物质,并没有丝毫的减少。

这里略作延伸:所谓宇宙大爆炸,就是黑洞经过漫长时间的吸积,质量越来越大,呼吸作用越来越剧烈。当其呼气的范围超出史瓦西半径时,在其呼气时由于超出史瓦西半径和质量减少的双重效果,喷发速度超过了万有引力形成的速度,就会产生远超光速的大喷发(基础微粒比磁子小得多,磁子比光子小得多)。

由于解说过于简略,对于给大家造成的阅读困难表示抱歉。


民科尖兵


物质是由能量内在凝结凝聚产生形成的,物质是外在能量运动凝结转化形成的内在能量循环旋转环绕结构组织运动形式。物质各种运动结构组织就是各种物质粒子。物质各种结构组织运动粒子都有其相应的运动结构空间限制。因此各种物质都有其相应的结构组织空间和密度限制。物质最微小最致密的结构组织空间是物质最初产生形成的无穷微小的元初普朗克粒子物质,这种无穷微小的普朗克粒子即是无穷微小的粒子黑洞,其粒子内在能量运动速度即是内在闭合循环旋转的光速,也就是外在开放旋转前进的光子能量达到闭合循环旋转环绕运动条件转化形成的。只是这种最基础微小的物质元初普朗克粒子的空间组运动结构已经微小到人类目前能力无法认识理解和观测的无穷小10一33cm。而人们常识中的黑洞也是由这种无穷微小的普朗克粒子形成的普朗克粒子星,其仍是有一定物质粒子空间组织结构的,并不存在所谓的"奇点"。

黑洞的质量引力压力超过物质最微小的普朗克粒子组织结构承受能力条件,会使物质最微小的普朗克粒子结构破裂毁坏粉碎,转化释放还原为形成物质的纯能量热能能量,而由纯能量热能能量的转化释放叠加使热能能量温度斥力无限升高,而达到热能能量与引力临界平衡稳定的热平衡状态,平衡阻挡黑洞无穷引力。使黑洞由黑洞引力与普朗克粒子结构承受力的黑洞普朗克粒子结构冷寂冷平衡转化为热能与引力热平衡并向外辐射释放无穷热能能量的白洞。黑洞的质量引力密度极限就是物质最微小的普朗克粒子结构能承受的限制,在这个限制以内就是冷寂死寂的黑洞一一普朗克粒子星,超过普朗克粒子结构承受能力限制,黑洞普朗克粒子结构粉碎毁灭转化为纯能量热能,形成热能能量与引力热平衡辐射释放无穷热能能量的白洞。现实宇宙中有着无穷神秘能量无比明亮的古老类星体就黑洞质量引力温度压力达到物质最微小的普朗克粒子粉碎毁灭转化为纯能量热能能量的白洞。


识破天机拯救天下


“凡是具体的,都是有限的;只有抽象的,才是无限的。”这是我们人类认识的一个基本原则,是我们判断认识正确与否的一个标准。因为,零或无穷大的事物,在现实的世界中都是无法想象的。

比如,宇宙是膨胀的,那么宇宙的体积就一定是有限的。体积为零或无穷大的膨胀,是没有物理意义的。

实际上,零或无穷大仅只是数学上的抽象概念。在现实的世界中,不存在零或无穷大的事物。

对于密度这一具体的物理概念而言也是如此,不存在密度为零或无穷大的物体。

对于不存在密度为零的物体,是比较好理解的,就是不存在绝对的真空。否则的话,就只是虚无,是没有物理意义的。

对于人类来说,虚无只是暂时没有认识和感应到存在的物理意义,而不是真的存在虚无的空间。

比如,古希腊时期的原子论,认为原子是最小的实体,原子之间的空隙就是虚无。然而,后来随着人类认识的进步,逐步发现了空气和空间。前者是由离散的气体分子构成的,而后者则是由离散的不可再分的最小粒子——量子构成的。

至于物体的密度,也随着人类发现粒子的逐渐细小和基本,而不断地增大。

比如,当认识到原子层次时,发现的天体是太阳,其密度与地球🌍上的物质密度大体相当;

后来又认识到存在着靠电子的简并压形成的白矮星,其密度大了许多倍,据说一个火柴盒大小的白矮星有几吨重;

再往后,认识到存在着中子星,即电子和质子被挤压成中子。于是,中子星的密度又大了很多倍,其相当于基本粒子的密度。

最后,科学家👩‍🔬们根据万有引力公式,距离为零时,引力无穷大,推断出了密度无穷大的奇点。对于具体的天体来说,就形成了连光也无法逃逸的黑洞;对于我们的宇宙来说,就由奇点产生反转,形成了超过光速的巨大爆炸。

对于最后一点是存疑🤨的,因为密度无限大的奇点失去了具体的物理意义。其问题就出在万有引力公式,在作用距离为零时的无穷大。

在现实的世界中,不存在距离为零的情况。而且,在距离为零的情况下,不存在空间效应,超距的万有引力也就因此而消失了。

实际上,我们每发现密度增大的天体,都是由更为基本的粒子构成的,其密度的上限是该粒子本身的密度。粒子的半径限制🚫了密度的进一步增大。

对于我们的宇宙来说,其密度的极限就是不可再分的最小粒子——量子之间的距离等于零。

由于普朗克常数h的存在,其物理量纲为粒子的角动量,是量子的本征参量,说明量子的质量和半径都是大于零的。根据计算,量子的半径等于3.58x10-21厘米。

所以,作为一个相对独立的封闭体系,我们的宇宙是由离散的量子构成的,宇宙中所含有的量子数目是不变的。只是由于宇宙的膨胀,使量子之间的距离也越来越大,充斥于整个宇宙。

当宇宙收缩时,量子之间的距离又会不断地减小。宇宙收缩的极限就是量子的间距等于零。于是,宇宙开始了反转,形成了宇宙的大爆炸。因此,宇宙不存在奇点,宇宙密度的上限就是量子本身的密度。

总之,具体而有限的宇宙,是由不可再分的最小粒子——量子构成的。宇宙密度的下限是量子间距的无穷大,此时宇宙消亡了;宇宙密度的上限是量子之间的距离为零,即宇宙开始了反转,产生剧烈的膨胀。


淡漠乾坤


目前来说。物质密度是没有极限的,如果真有物质密度极限一说,那么黑洞的密度就不在是没有极限的。但理论上,黑洞是一个体积无限小,密度无限大的天体。目前宇宙观测密度最大的是中子星,其质量最大可达20亿吨每立方厘米。相当于指头大点的东西就有20亿吨。

许多朋友会说,怎么可能。密度无限大,那么体积就是无限小。那能比史瓦西半径如何解释,太阳的史瓦西半径约为3千米,地球的史瓦西半径只有约9毫米。这应该是一个物体压缩的极限了吧。事实上,史瓦西半径就是黑洞临界值,比史瓦西半径还小的,就是黑洞。



还有一个普朗克长度,这个长度是目前物理学中的长度最小极限,即1.6x10的负33次方厘米,是一个质子直径10的22次方分之一。不可达到。一切小于这个长度的物质都没有任何意义。


所以就目前而言,不管是史瓦西半径和普朗克长度,都可以说是还在人类物理定律和理论范畴。但人类所有物理定律在黑洞面前都是无用的。都是失效的。所以黑洞用史瓦西半径和普朗克长度衡量对比,二者根本不能做比较,至少目前为止黑洞实际密度是一个迷。


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