中子星它的密度能达到每立方厘米1亿吨以上,是否代表还有我们未知的元素?
中子星不是未知元素,而且由中子构成的星体 。中子星再往下发展就是黑洞,就是一个纯质量点,不存在物质元素了 。
元素是由中子,侄子和电子构成的,是除中子星和黑洞外的所有可见星球的组成成分 。目前人类无法探测到的是暗物质,还不知道它是由什么粒子构成 。
只要是发光的星体,就可以对它进行光谱分析,精确的探测它的元素构成 。可见的宇宙星体基本都由元素周期表上的物质构成,而元素周期表并无缺失,并不存在人类未探测到的元素 。当然反物质除外,但现在也没观测到反物质大量存在的证据 。
也有人会说原子核序数可以往后发展下去,后面的大序数元素人类还没探测到 。但是要明白一点,原子核序数越大就越不稳定,大原子核是无法在自然界稳定存在的 。所以元素周期表最后的几个元素都是人造的,存在时间只有几秒钟 。
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我们已知的元素总共有118号,一般我们认为自然界中能长期存在的元素是92号铀之前(包含铀)的元素,之后则有与半衰期以及自然状态下没有生成机制,需要人工合成,元素序号越高,它的半衰期也越短,到了118号元素,半衰期只有12毫秒,它的存在时间极短 。什么才是区分元素的标准?
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元素的类别由什么所决定?
我们经常听到的是几号元素,其实这个元素的区分标准就隐藏在这个几号这个数字中!我们知道,某种元素就是某种元素的原子组成的,而决定原子种类的就是处在原子中间的原子核,那么原子核是什么组成的呢?
质子和中子
质子在所有元素中都存在,而中子却不一定,比如氢的同位素氕它就没有中子,只有一个质子+一个电子,最简单的结构构成了宇宙中最丰富的元素,从氕以后,所有的元素都会有中子的存在,质子和中子在原子核中的分工是不同的:
质子数的多少决定了元素的类别
中子数的多少决定了元素同位素的类别
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比如氢的同位素氘有一个中子,氚则有两个中子,氕氘氚这三种同位素化学属性几乎就相同,但物理属性却大相径庭,比如氕的很难达到聚变条件,而氘和氚则很容易,氕和氧构成的水就是我们常见的水,而氘和氧也能生成水,但却是重水 。
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重水和普通水非常相似,都是无色无臭的液体,但密度略大,冰点也略高,化学性质几乎一样,但普通水是生命之源,重水却可能会引起死亡 。但重水可以作为裂变反应堆中的中子减速剂 。
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当质子数增加时则元素需要会相应增加,比如两个质子的氦,三个质子的锂,四个质子的铍,只要你愿意,可以对着元素周期表念个一两分钟 。
为什么元素序号高了会不稳定?粘合原子核中的质子和中子之间的作用力是强力,它的特性非常有趣,我们先来看看四种基本作用力:
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在质子与种子的度下,引力就不用考虑了,弱力也太弱,只有强力和电磁力两种可以在这里发生作用,强力有一个特征,太近和稍远都不行,只有刚刚好它的作用力才最强,因此它有一个作用范围,而电磁力则不然,属于长程力,它可以无限叠加,这会发生一个有趣的结果:
强作用力尽管很强大,但能稳定束缚的质子数也是有限的质子都带正电荷,在强作用力打瞌睡的时库伦斥力就开始作用了,结果就是α衰变,原子核强力束缚不住,有部分质子和中子跑出来了,比如地球上存在的氦元素大都是铀和钍的α衰变产生 。中子的存在会调和这个矛盾,因为不带电荷,只提供强作用力 。但中子多了会有β衰变的概率 。【中子星它的密度能达到每立方厘米1亿吨以上,是否代表还有我们未知的元素?】α衰变,元素的原子序数会-2,β衰变则原子序数会+1,因为中子衰变成了质子,多了一个质子,原子序数自然就增加一号了,这也是重元素的产生机制之一 。
中子星上的超重物质是什么元素?既然聊到了中子星,那么简单说说中子星物质的结构,我们都知道原子中存在巨大的空间,因此这也就是物质可以极度压缩的原理,但请注意这颗不是普通的压缩空气之类的概念,那个是真实压缩了分子之间的间隙而已,而原子内部空间的压缩则只有真正到了白矮星级别才能算得上压缩 。
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但白矮星有质量有限,只是将外围电子压缩到了原子核附近,但在电子简并力的支撑下引力并没有突破最后一刻,但能诞生中子星的天体引力非同寻常,突破了电子简并力,将电子压入了原子核,和质子中和成了中子,简单的理解:中子星的物质就是一堆中子构成的!它的密度就是原子核的密度,每立方厘米高达百亿吨(白矮星则逊色不少)!
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前文说明了质子数才是元素种类区分的标准,那么只有中子没有质子的物质是什么?有一种0号元素的说法也许是最合适的是,那么在地球上存在这种只有中子的物质无吗?
答案是有
它广泛存在于裂变发生过程中,自由中子就是这种传说中的物质,但它不能长时间存在,它会通过弱作用放出一个电子和一个反中微子后衰变为质子,平均寿命为896秒 。也就是说0号元素无法长期存在,它会通过β衰变成为1号元素氢原子核 。随后则会通过捕获电子正式成为氢原子,因此核反应堆中的微量氢就是这样来的,当然这并不是氢累积的原因,因为自由中子都是非常宝贵的,要将它减速更多的参与到核反应中来,或者让它轰击锂6生产氚,或者轰击U238生产钚,你说这自由中子这么宝贵,还让它衰变?氢的主要来源是核燃料外壳中锆金属元素在高温下分解水所致 。
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因此我们认为中子星物质并非是我们所不认识的新元素,而是地球上的条件无法长期存在这种物质,当然也并不是说宇宙中就没有新元素的生成条件,只是可能无法长期存在或者自然界难以存在这种元素的生成条件 。但相信我们无法排除存在这种可能 。
其他网友观点
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中子星它的密度能达到每立方厘米1亿吨以上,是否代表还有我们未知的元素?
肯定回答:不代表 。不管这个宇宙有没有我们还未知的元素存在,都不可能在中子星上找到 。
人类已经发现了宇宙中约118种元素,这些元素在自然界只存在92种,有26种元素是人类通过核聚变做加法制造出来的 。
尽管如此,这些元素都应该是自然界中存在的 。
在某种特定条件下产生,比如小行星撞击产生了某些元素,但由于这些元素半衰期太短,很快就衰变成别的元素,无法在自然界稳定的保存,因此,人类比较难在自然界得到 。
所以就想尽办法制造 。所谓做加法,就是只能将两个轻元素通过融合制造出重元素 。
理论上如果自然界不存在的元素,人类是无法制造出来的 。
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那么,元素是宇宙天生的还是制造出来的呢?
宇宙诞生初期只有氢氦元素和及少量的锂元素,这是元素序号中排在1、2、3号最轻的几种元素 。
比它们重的一些元素,都是恒星核聚变生成的 。
而且比26号元素铁更重的元素,因为产生所要求的温度和压力特别高,只有超新星大爆炸或者致密大质量天体相撞才能够产生 。
类似太阳质量左右的恒星,核心压力和温度最终只能生产出6号元素碳,整个梯级元素为氢(H)、氦(He)、锂(Li)、铍(Be)、硼(B) 。
也就是说如果宇宙中都是太阳一样的恒星,就只能产出以上6种 。
质量大于太阳8倍的恒星,中心温度可以维持梯级核聚变到26号元素铁为止 。这个世界上本来就只有铁及以下的26种元素了,那么这个世界就不会有我们和一切生物存在 。
因为组成我们的基本元素就有60多种,加上一些可有可无的元素,人体中的元素有上百种 。
好在大质量恒星会发生超新星大爆炸,这种爆炸可以产生亿亿个大气压,100亿乃至上千亿度的高温,这样我们已知的118种重元素就诞生了 。
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我们地球上怎么会拥有宇宙中几乎所有元素呢?
我们太阳系有宇宙中所有元素,是因为太阳系就是在一坨超新星大爆炸后的残渣中生成的 。
所有的恒星演化晚期都只是把核心燃料烧光了,绝大部分外围的氢和氦等元素还保留着,这些元素,不管是红巨星膨胀渐渐飘散到太空还是超新星大爆炸回归太空,都会成为新的再生星云,成为孕育恒星的“羊水”和“营养” 。
这种再生星云主要成分还是氢和氦,占比在98以上,其他重元素只有不到2% 。
但太阳就在这样一坨残渣中生成,当然就拥有了宇宙中几乎全部元素种类 。而这些元素更多的是集中在地球等几颗类地行星上 。
在太阳系,太阳占据了99.86%的质量,其余的所有行星和矮行星、卫星、小行星等加起来也才占0.14%,地球只占有0.0003% 。
太阳是一个等离子体,主要由氢和氦组成,其他几个气态行星也主要由氢氦甲烷等组成 。
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宇宙中还有没有发现的元素吗?
完全有可能 。
但这种可能不是说要在特殊天体上去找,而是人类目前科学水平有限,有些元素凭人类现有的能力很难发现,今后要发现很可能还是在地球上 。
因为地球本身就是超新星大爆炸残渣的聚合物,而且地球自从诞生以来,经历了几乎所有的宇宙极端事件,包括咖玛射线暴的照射 。
伽马射线暴是超新星爆发,或黑洞、中子星等极端天体相撞的超级能量暴,是宇宙中顶级杀手,理论上没有什么元素不能在这种巨大能量中产生 。
这种极端能量产生的物质也漂浮在太空,也会飘落到地球上 。地球已经存在45亿年了,什么世面没见过?
现在人类还没有发现宇宙中存在地球上没有的元素 。这不仅仅是人类派出的探测器收集回来的资料证明,而且人类现在已经观测到百亿光年的星系和恒星,不同的元素可以通过不同的光谱分析,迄今并没有发现含有未知元素的光谱 。
因此人类有可能还会发现新的元素,但这种新元素在地球上发现的可能性更大 。
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中子星上没有新元素,只是极端密度的特殊物质 。
现在来说说为什么新元素不会在中子星上找到 。
最简单的答案就是中子星物质已经不是由我们认知的任何元素组成 。
组成元素的基本单元是原子,中子星上极端的引力压力下,原子被压垮了,压碎了,电子挤进了原子核,带负电荷的电子与原子核中带正电荷的质子柔和在一起,中和了,因此成为了中子 。
这样,加上原子核中原来的中子,实际上中子星就是由一堆中子组成,依靠中子简并压支撑着强大的引力压,保持着中子态物质和中子星的形态 。
而中子星的密度就相当原子核的密度,因此密度极端 。
原子是由原子核和核外电子组成,核外电子由于动能形成一个坚实电子外壳 。
原子半径,也就是这个外壳的半径约10^-10m,而原子核的半径约10^-15~16m,原子半径比原子核半径大10~100万倍 。也就是说原子的体积至少比原子核要大千万亿倍,甚至亿亿倍 。
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而原子质量主要集中在原子核上,占整个原子的99.96% 。
电子外壳与原子核之间从质量意义上来说基本就是一个虚空状态,因此普通由原子组成的物质都是很疏松的 。
当巨大的压力把原子压垮了,把原子核都压碎了,中子们挤在一起,物质不就缩小了千万亿倍,相当原子核的密度了 。
一块本来1.4g/cm^3的物质(太阳密度),增加千万亿倍,不就成了14亿吨/cm^3了吗?
因此中子星上面的物质已经不是由原子组成的物质,不管中子星之前由什么物质组成,成为中子星后,都被从原子层面打碎了,物质的任何性质都不存在了 。
有理论认为,整个中子星并不是完全由中子组成,从表层到深入一层层压力越来越大才完全成为中子态的,这个就不讨论了 。
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中子星的蜕变 。
中子星上高致密物质,在极端条件下,又会发生改变 。
中子星相撞,上面的中子态物质撞到太空,脱离了中子星极端环境,就会很快贝塔衰变膨胀爆炸成为常态物质 。
据科学家测算,2017年观测到的两颗中子星相撞引力波,这种撞击撞出的物质,会形成300个地球质量的黄金,漂浮在太空 。
地球上的黄金储量,主要就是来源于这种天体事件 。
而当一个中子星通过吸积,质量超过3.2个太阳,就会继续坍缩成为一个黑洞,这时候,所有物质都无限坍缩到黑洞中心无限小的奇点上,别说元素,连物质都没得做了 。
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