奇怪的白矮星,重量大的反而个头小

我们知道对于一般物体而言,只要其材质相同,那么它的个头就和他的重量成正比了,也就是俗话说的的个头大的压秤。但是这个规律却在一种奇怪的天体上失效了,这个天体就是白矮星。


奇怪的白矮星,重量大的反而个头小

白矮星想象图

白矮星是一种致密星,一个太阳般大小的白矮星只有地球一样大。

通过高中知识,我们知道,如此高密度的情况下,原子和原子几乎被压实到肩并肩的状态,然而原子外层是电子,电子带负电,两个电子就因为同时带负电而产生斥力,距离越近斥力越强。也就是说更大的白矮星是原子之间靠的更近了,也就是质量的的白矮星更紧实。

奇怪的白矮星,重量大的反而个头小

电磁都是同性相斥异性相吸


但是真实情况更为复杂。实际情况如下:

在如此致密的情况下,构成白矮星的物质并非我们的常见的一般物质,而是简并态物质。简并态物质是超高密度的费米物质组成,由于泡利不相容原理阻碍粒子占有相同量子态,迫使许多粒子进入高能量子态(超高动能),而显示简并压力,使密度增大。对于一团等离子体而言,当密度达到其中的费米子粒子“肩并肩”的时候,由于泡利不相容原理阻碍粒子占有相同量子态,使得每个费米子的位置都相对固定(Δx很小)。而我们知道海森堡不確定原理:ΔpΔx ≥ ħ/2,Δx很小意味着Δp很大,也就意味着粒子的动量的高度不确定。所以简并态物质即便处于低温状态其依然具有很极端的平均粒子动能,而如此极端的平均粒子动能简并态物质状态需要极高的压强来维持。

奇怪的白矮星,重量大的反而个头小

简并压抵抗引力

也就是说巨大的Δp带来的向外压强抵抗住了引力。因此假设白矮星的质量增加引力加强,那么就需要更大的电子Δp来抵抗引力,也就是说Δx要更小。通俗得讲就是巨大的引力把白矮星压得更为致密了,也正是这更为致密的简并态物质抵抗住了引力。


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