宇宙中“最硬”的物質！比鋼硬100億倍，來自中子星的“硬菜”

前言

“堅如磐石、無堅不摧、固若金湯、牢不可破……“如果說到這些詞語，你首先會想到什麼？相信大多數人都會想到身邊的堅硬物體，比如岩石、鋼鐵、合金、鑽石等等。

確實，這些物體都非常的結實堅硬。從建築在文明中發展的那一刻，地球上的物質就在不斷地被人們發現，最初石器時代的石頭樹木，對原始人來說堅硬鋒利，製成武器可用來捕獵；到中世紀金屬的大量利用和冶煉技術的提升，越來越多的金屬也進入到了人們的日常生活之中。到了今天，先進的科學技術已經能夠人工進行材料合成，各種高硬度的合金，堅硬無比的金剛石在生活中已經非常常見。

物質的質量與密度

要評判一個物體的堅硬程度，那肯定需要從質量、密度上去側面開始。一般而言，無論哪種物質，不管它的狀態如何，隨著溫度、壓力改變，相應的體積和密度也會發生改變，對於不同物質其考慮的條件也會有些改變。

對整個宇宙來說，強大的壓力會使天體中物質密度與平常密度相差懸殊。在現代物理學中，質量表明瞭物質之間的不同屬性，主要在“慣性質量“和”引力質量“上表現出來，物體的質量同時也受到引力場的影響。

大體來說物體的質量可以在密度與硬度上一定呈現出來，但實際上兩者間並沒有絕對聯絡，不同物質也有不同的計算標準，而且所屬概念也不同，但質量可以靠密度客觀的體現出來；而硬度又從材料的區域性抗硬物壓入能力側面體現，從而形成我們日常對物體堅硬程度的判定。

地球之硬

在地球上，已經有不少被發現或者合成的物質具有相當的硬度，例如剛玉、六方金剛石、氮化碳、合金鋼、鉻等等。最讓人熟知的可能就是金剛石，也就是我們平時所說的鑽石。

金剛石的組成單一，只有碳元素，穩定的晶體構造使得金剛石擁有強大的硬度，而最堅硬的六方金剛石比普通金剛石還要硬一半以上。作為重要的工業材料，金剛石製作的刀具可以輕鬆地劃開玻璃這類硬度很高的物體，而金剛石的外觀構造也在珠寶市場上擁有一席地位。

除了礦物，還有金屬，工業生產的鋼鐵合金就是非常好的代表。硬質合金裡就有鎢鋼這樣堅硬無比的金屬，透過新增金屬碳化物燒結的複合鋼材擁有非常高的硬度和強度。鎢鋼硬度高、耐熱、耐腐蝕，即使在1000攝氏度的情況下依舊有很高的強度，強大的物理特性使得鎢鋼可以輕鬆切開其他普通金屬，一般用來作為金屬切割器材的刀片或者加工材料使用。

而平常看似脆弱的玻璃，如果以特定的形態製作，也能夠變得跟鋼鐵一般堅硬，甚至超過鋼鐵。這便是魯伯特之淚，這種水滴狀的玻璃珠的製作方法非常簡單，就是讓液態玻璃自然滴落在水裡冷卻，所形成的一種像彗星似的的玻璃珠。

由於玻璃在冷卻過程中淚滴狀的頭部外層迅速冷卻後，內部仍沒有完全凝固，這之中產生的殘餘應力和玻璃外層的拉應力平衡，淚滴狀的頭部便會有高達幾百兆帕的抗壓力，只要能夠保證纖細的尾部末端不受到太多的力，魯伯特之淚也不會破碎，能夠和金屬硬碰硬。

以上這些代表仍不是地球最堅硬的物質，現如今被認為地球上的最硬的物質是碳炔，讓碳原子聚在一起形成的碳鏈，碳原子再鍵合讓碳原子穩固的連線在一起，形成了結構穩定且極其強韌的物體。碳炔的硬度比鑽石強出幾十倍，比鋼鐵還要強200多倍，即便是石墨烯這種高強度的材料，抗拉程度仍能夠比其強出幾倍，非常的強大。

宇宙內的物質

讓我們把目光放到宇宙，在這裡有更多的物體，肯定也會有更多更堅硬的物質，這一次我們直接聚焦在天體上，畢竟宏觀的宇宙上觀察，天體是最為直觀的。

宇宙裡最直接明顯的便是恆星，恆星死亡後演變的中子星、黑洞、白矮星便是它們的終極形態，白矮星是恆星死亡後較為常見的一種狀態，恆星在能量燃燒殆盡後便會逐漸冷卻，形成白矮星。白矮星的內部壓縮使得其擁有比恆星時更高的密度和質量，如果太陽變為了白矮星，密度至少有每平方米1。41 ×10的11次方千克。

比白矮星更加“結實“的便是中子星和黑洞，更大的恆星更有可能成為這類天體，關於黑洞，目前科學家所瞭解的資訊並不夠，只知道這是宇宙中密度最高引力最強的天體，關於它一切都還是未知。而中子星不同，中子星位於白矮星和黑洞之間，並且可以觀測到，是除黑洞外已知密度最大的天體。

要形成中子星首先要滿足“大“這個條件，一般10-29倍太陽質量的恆星才有可能轉變為中子星。恆星在塌縮的過中會產生超大的壓力，使得所有物質結構發生改變並被積壓在一起，組成物質最基本的原子裡的質子和中子會被擠壓出來，質子和電子結合構成中子，所有形成的中子再被擠壓在一起，構成了中子星，中子星的中子無法脫離中子星，強大的引力和壓力才讓中子有機會存在。

由於中子星極其強烈的塌縮，所有物質被擠壓在了一團，原來龐大的恆星天體便會變為只有半徑幾十千米擁有鐵質外殼的天體。這讓中子星的密度異常的大，地球上常見的鋼的密度為7。85g每立方厘米，密度最大的金屬鋨，每立方厘米22。5g左右，而1立方厘米中子星能夠達到不可思議的地步——1億噸，甚至數十億噸。地球上最堅硬的物質，和中子星對比起來完全不是一個量級。

中子星

中子星除了非常的“重“以外，其自身的引力也是異常強大。中子星強大的引力把所有物質緊緊的壓合在一起，自身的溫度已經達到了幾十萬度，引力也超出你能想到的概念，1000億倍的引力使所有的中子擠壓在中子星的內部形成流體。

這種異常強大的引力讓中子星看起來會像是一個很標準的球體，但宇宙天體裡始終是存在角動量的，中子星嚴格意義來說還是會偏橢一點。如果說中子星上有一座高山，那麼這座山也不會超過3釐米，僅次於黑洞引力的中子星，光在逃逸中子星時幾乎是被拋射出去成一個曲線。

中子星的形成看似離譜，但還是基本符合一定的物質規律。任何物質，只要不斷施壓，密度都將變高，在極強的壓力作用下，普通物質也能夠變成中子態，元素概念也將會在這個狀態消失。

物質密度能變得如此高也是因為原子內部相對廣闊的空間，原子核和電子在原子裡所佔的空間非常小，這讓原子具有可壓縮性。而普通物質想要變成中子態還必須克服基本粒子的電子簡併壓力，要克服這種壓力必須在非常極端的環境下才能做到，中子星便是這種環境下才能存在。如果脫離了中子星，中子便會產生β-衰變，釋放出電子核反中微子，中子便會成為質子，而中子半衰期只有10分鐘。

中子星合併也能讓人類觀測到引力波。中子星極端的存在在合併時能夠釋放出超過太陽千億年的發光能量，在合併過程中還有大量的物質沿各個方向拋射出去，形狀會像是一個球體，拋射出去的物質在中子俘獲的過程中還會產生大量的重元素，這些元素科學界目前斷定，宇宙中的金、超鐵元素主要起源在中子星合併。

宇宙中最硬的物質

為了更加形象地研究中子星，科學家還擬想了以具象化的方式觀察這些奇特極端的物質，寫出了“核意麵的彈性“為題目的論文。

科研人員基於中子星上得來的資料用計算機模擬出了核意麵。在中子星內，核吸引力和庫倫排斥力旗鼓相當，力與力之間的競爭讓中子和質子能夠以各種複雜奇異的結構組裝，因為中子星的核心形似義大利麵，核意麵的名字也是由此而來。這份來自中子星的“硬菜“可能是宇宙中最硬的物質，與鋼的硬度相比，要比它硬100億倍。

形態少量的質子對核意麵的形成非常重要，質子與中子之間的核吸引力要比兩個質子或者中子大得多，類似一種簡併壓力。質子維持了核意麵的穩定形態，而質子的電荷斥力與原子核之間的引力競爭形成了核意麵。

中子星內部的流狀態無法很好的觀察到核意麵是否存在，但在表面常規核核心之間形成了一個過渡區，過渡區頂部的壓力足夠大，能夠讓普通的原子核聚整合更大的半球形，這種形態的被稱為“義大利糰子態“。

除了義大利糰子態外，在中子星更加深層的內殼中還有“意麵態“、”千層麵態“、”華夫餅態“，這些形態各異的物質組合都是因為中子星內部超強的引力壓縮和電子、中子的排斥組成。

恆星宿命

幾乎所有的恆星都逃不過3種結局，白矮星、中子星、黑洞。我們所熟知的太陽便會演化成一顆白矮星，在能量燃燒殆盡後，最終冷卻。

中子星的宿命看起來要好很多，中子星的前身為紅超巨星，在成為中子星之前，要足夠大的質量才能成為中子星，而中子星的爆發在帶來致命的宇宙射線同時，還有大量的元素和物質被拋散在宇宙中促使新的天體誕生。最終極的極端天體，便是至今為止都非常神秘的黑洞，我們既無法直接觀測也無法靠近。

結語

和地球上的物質相比，浩瀚的宇宙充滿了許多令人不可思議的存在，地球上讓人嘖嘖稱奇的物質放在宇宙裡顯得微不足道，在讓我們好奇心得到滿足的同時，也是對這個世界的一種探索方式。

也許我們在未來某一天能夠看到更多令人驚訝的天體和物質，而中子星和黑洞這種極端也證明了一切都有存在的可能性，也許到了未來某天中子星可能真的能夠作為一道“菜餚“供我們開發使用，裡面也許還有更多關於事物本質的發現。