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全宇宙的质量是多少,解读质量的本质

来源:整理 时间:2022-04-11 13:24:32 编辑:科技知识 手机版

宇宙中有比太阳质量还大的行星吗?

宇宙中有比太阳质量还大的行星吗

我们都知道宇宙中存在着恒星与行星的区别,也都知道恒星的质量和体积都要远超行星。比如我们熟知的太阳和地球,太阳就是一颗恒星,而我们身处的地球就是一颗行星。但有人就提出了一个问题:宇宙这么大,究竟会不会存在比太阳还要大的行星呢?在回答这个问题之前,我们首先要知道什么是恒星?什么又是行星?通过太阳认识恒星说到恒星,不得不提起我们都很熟悉的太阳,我们认知中的太阳就是一个质量巨大的火球,它无时无刻都在向外散发着强大的能量,甚至太阳发出的能量强度温暖了地球,我们就连直视太阳都无法做到。

恒星理论上说就是由引力凝聚在一起的球形发光等离子体,其发出的光亮可以传达到很远很远的位置。当我们仰望星空时看到的点点繁星,这其中的每一颗星星都是恒星。恒星也都是气态星球,这一点我们也可以从太阳身上找到相似的地方。固态星球(如地球)都有坚固的地表,而太阳以及其他恒星并没有。通过地球认识行星说到行星,地球就是一颗行星,而我们大多数人认知中的地球是这个样子的:地球会围绕太阳进行公转,并且地球自身并不发光。

其实这些印象包括了科学家对行星的定义,行星通常指自身不发光,环绕着恒星的球形天体。而我们看到的月球其实不是行星,月球只不过是地球的卫星,并且它所发出的光也是反射地球和太阳的光。行星包括气态星球和固态星球,气态行星一般要比固态行星大很多,如拿太阳系八大行星举例:地球、火星就是固态星球,而木星、海王星就是气态星球。

虽然行星之间是有着些许差距,但只要它们围绕一颗恒星公转,那它们就通通称之为行星。大概认识了恒星与行星是什么后,我们可以总结一下恒星与行星的区别都有什么:恒星的质量超大,虽有些行星(如木星)的质量也很大,但其质量一定不会超过恒星。行星会围绕恒星做公转,但这不代表恒星就不会公转。如太阳就会围绕银河系的中心做公转,并且恒星还会带领着它的“手下”一起围绕星系中心做公转。

恒星会向外散发能量,但行星不一定会,如地球并不会发光发热,某些可以散发能量的行星,其散发的能量强度也远远小于恒星所散发的能量强度。综上所诉,现在就可以回答最初的那个问题:宇宙中有没有比太阳还要大的行星呢?答案是没有,并且仅从质量来说,恒星与行星之间就隔着一条不可比拟的鸿沟。科学家曾在距离地球6光年的位置发现了一颗“超级地球”,它的质量比地球要大3倍,但这根本无法与太阳这种恒星相比。

那如果是气态行星呢?气态行星的质量普遍要比固态行星大,如太阳系中的气态行星木星的质量就是地球的318倍,但也仅仅是太阳质量的千分之一。那么如果真的有一颗行星的质量达到了太阳的量级会怎样?假设真的发生了这种情况,那么这颗星球的状态一定与普通行星有着极大的差别,并且我们还要恭喜它,因为它升级成了“恒星”。

以宇宙为范围,已知什么物质质量最大?

宇宙中有比太阳质量还大的行星吗

这个问题没有规定前提,因此有多种解答。我想可以根据这么几个不同的侧面来考量:宏观天体、元素、微观粒子。宏观天体是人类能够观测到宇宙中最大的事物,这里面又可以分为几类:天体结构、星系、黑洞、恒星。天体结构有多个层次,如果从地球算起,就有地月系、太阳系、银河系、星系群(团)、超星系团等。我们地月系统只占太阳质量的0.0003%;我们太阳系引力影响半径约1光年;银河系直径20万光年,包含2000~4000亿颗恒星,质量为太阳的2100万倍。

银河系是本星系群中约50个星系中的一员,不过占有老二的位置;本星系群又是超星系团中约100个星系中的一个小团体,而这个超星系团中的大团体室女座星系团,就包含了2500个星系以上;在本超星系团之上,是拉尼亚凯亚超星系团,这个超大星系团拥有10万个星系,覆盖范围达到5.7亿光年,而现在发现宇宙中还有更大的天体结构,一个叫“武仙~北冕座长城”的天体结构长达100亿光年,是目前被认为最大的天体结构。

但总体上来说,星系还是被认为宇宙中较为紧密的基本天体结构单元。星系是由于引力相互作用结合在一起各种天体的集合体,包含演化过程中的恒星、恒星残骸(白矮星、中子星、黑洞等)、气体的星际物质、宇宙尘和暗物质等。星系一般由几百亿颗到几千亿颗恒星等天体组成,大的星系也有数万亿颗恒星的。现在已知最大的星系是距离我们10.45亿光年的IC 1101星系,是阿尔贝2029星系群的中心星系,直径约为400万光年,是银河系的20倍,包含恒星100万亿颗。

如果要说单个质量的最大天体,就是黑洞莫属了。我们银核系中心有一个黑洞,其质量约太阳的400万倍。但这个黑洞在宇宙中完全就是小儿科,我们本超星系团的M87星系中心黑洞,距离我们5500万光年,质量为太阳的65亿倍;而迄今为止最大的黑洞是在一个距离我们104亿光年,叫TON 618的类星体中心,这个黑洞质量达到太阳的660亿倍,史瓦西半径为1920亿千米,也被认为是迄今为止人类发现最大质量的单一天体。

但这些天体大小严格意义上来说,不能算作最大“物质”,物质从本质上来说,是由原子组成,什么样的原子就会组成什么样的物质,可以说物质是原子的集合体。组成各种物质的分子也可以是单体原子,也可以是多种原子的化合物。因此真正意义上的物质应该是元素。元素是单种原子的总称,所以真正的物质最小单位是原子。目前人类已经发现了118种元素,其中26种由人工合成。

这些元素最轻的是氢,原子序数为1,原子量也是1;最重的元素是金属锇,原子序数为76,原子量为190.2。氢的密度为0.00008342克/cm^3,金属锇的密度为22.6克/cm^3,后者是前者密度的27万多倍,这是地球已知单位质量最大的物质。金的密度为19.32克/cm^3,铂的密度为21.45克/cm^3,是次于金属锇密度的金属。

宇宙中还有一种物质,严格意义上来说已经不属于人类认知的任何物质,就是白矮星和中子星上特殊状态下的物质。白矮星上的物质状态就是在极强大的压力下,把原子压碎了,原子核挤在一起;中子星上的物质状态是原子核也被压碎了,电子与质子压在了一切,变成了中子,这样整个星球就变成了一个由中子组成的大中子核。这两种特殊状态的物质(或者叫非物质)在地球上没有,也无法制造。

白矮星物质密度高达1000000~10000000克/cm^3,也就是每个立方厘米1~10吨;中子星密度更是惊人,是白矮星的1亿倍以上,每个立方厘米达到1~20亿吨。密度更大的东西(已经无法称为物质,甚至不是我们这个时空的东西了)就是黑洞奇点了。那里的东西无法用现有科学解释,只能用无限来解释,无限密度。

这是因为奇点已经变得无限小,既然无限小到无法衡量,那密度也就无法衡量了。但如果按照黑洞的史瓦西半径来计算密度,就是一个很小的密度了,这样越大质量的黑洞密度就越小。物质的定义还有一种微观定义,这就是粒子。粒子是人类认知构成物质的最小最基本的单位,是组成原子的基础,是不改变物质属性前提下最小体积的物质。根据作用力不同,基本粒子分为夸克、轻子和传播子三大类。

现在人类已经发现了400多种粒子。夸克分为上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克六种,夸克组成的粒子叫强子,包括质子、中子、介子、超子;轻子主要有电子、电子中微子、谬(u)子和谬子中微子、陶(T)子和陶子中微子等;传播子又称媒介子,主要有光子、胶子、引力子(未证实存在)等。这些粒子中,传播子被认为没有静质量,质量最轻的是电子中微子,最重的是顶夸克。

电子中微子质量极小,但认为不为零,而顶夸克的质量达到173.1 ± 0.6 GeV,与钨原子质量相当,是质子质量的200倍,是顶夸克的100万亿倍!粒子物理学家们认为,粒子本来没有质量,是一种叫做希格斯玻色子的粒子与其他粒子的相互作用才使它们产生质量,因此这种粒子被号称为“上帝粒子”。这里面的机制很复杂,就不在这里扯了。

人类没有探索整个宇宙,是如何知道宇宙总质量不变的?

宇宙中有比太阳质量还大的行星吗

谢邀!宇宙总质量这个概念太模糊了,所有导致我们无法了解事情的真相。或者说,这个事情本来就没有什么所谓的真相。管中窥豹罢了!那么我还是先来谈一谈所谓的宇宙总质量吧。首先,在爱因斯坦的理论计算中得到,E=mc^2,什么意思呢?E表示的是能量,m指的是质量,c就是光速常量了。也就是说,其实能量和质量就有着密不可分的关系。

所以,表面上所说的宇宙总质量不变就是在现有的知识体系下也是不成立的。因为质量和能量是有着密不可分的关系的。这也可以理解宇宙大爆炸理论了。也就是说,宇宙源于异常能量巨大的爆炸中,这些能量一部分成为宇宙的背景能量,一部分形成了星球。其次,大家所说的质量守恒定律又是什么呢?这是很早被提出来的了。在当时物理学和化学角度下探究物质运动和形成规律的关系。

也就是说,物质在正常认知范围下的改变,化学元素是不发生变化的。变化的仅仅是元素与元素的位置关系,键的改变等等。这可以认为是质量守恒的。并且适用于初高中所有的物理和化学考试。这就向我们分析汽车性能时,是不会考虑相对论中的速度与时空的关系的。但是,当涉及到核聚变和核裂变时,这个质量守恒就需要重新定义了。因为涉及了质量与能量的关系。

最后,在谈论宇宙质量守恒时,科学家其实是认识到自己探索能力的肤浅的。也就是说,科学家并没有盲目的确信这个理论。我想喜欢天文的朋友们应该都听过暗物质吧。通过数学计算人们发现了计算的问题,也无法被观测的物质其实有很多,这也就是所谓的暗物质。具体问题欢迎关注小凳子思维实验室。我会用一期专门讲讲暗物质的。此致,小凳子。

为什么有这么多人认为宇宙因为程心留下来的五公斤质量毁灭了?

宇宙既然悟空再次邀请了,我就再次说一点自己其他的感想。第一、为什么程心偷偷留下的五公斤质量无关大局?之所以很多人认为大宇宙因为程心留下的五公斤质量而毁灭了,实际上是以一个绝对静止的条件看问题,但这明显与刘慈欣开放式的结局相悖。关一帆在《三体》中说得很明白,三体人已经证明宇宙的总质量虽然设计得非常精巧,但并不是差一个原子就会由封闭转为开放。

在三体人大规模制造小宇宙,偷走大宇宙质量并没有影响到宇宙的坍缩。更重要的是,以回归文明为代表的的大神级文明发布的《回归运动》声明也证实,在程心和关一帆进入小宇宙一年,也就是大宇宙的上百亿年之后,宇宙的总质量才逼近临界值。换句话说此时大宇宙仍然能够顺利的坍缩,只不过照这个趋势发展下去由转为开放的可能,所以回归文明才不得不及时出面干预。

事实上按照智子的描述,回归文明的这一工作至少在第一舰队建立殖民地之前就已经开始,而且已经警告过三体文明。因为太阳系人类和星舰人类层次太低还威胁不到宇宙的坍缩,回归文明才不屑于搭理人类。所以他们只知道比较喜欢出风头的归零者,而不知道更大的神“回归文明”。宇宙那么有了其他的文明会遵从回归运动声明交出自己的质量吗?只能说绝大部分的文明都会交,这一方面是因为绝大部分能够制造小宇宙的文明,其思想境界和命运追求已经像歌者、归零者一样,上升到了整个宇宙的高度。

另一方面《回归运动声明》本身就是一个命令、威胁,收到声明的文明很清楚自己的一切都在他们的掌握之中,不交也得交。否则,“神”顷刻间毁灭一个银河系的怒火就会降临到他们的身上。当然站在回归文明“神”的角度也并不会和某个小宇宙斤斤计较,他们要的是宇宙总质量的平衡。只要大宇宙的总质量回归到安全的质量区间,他们也不会抓着某个小宇宙不放。

程心偷偷留下这五公斤的质量就是如此,神并没有阻止。从这里也可以看出,回归文明的创意刘慈欣可能借鉴了科学史上“宇宙监察”的假设。也说明回归文明作为维持整个宇宙轮回的大神,也并不是第一次发出声明。在漫长的黑暗森林中,只要宇宙的总质量有降低到临界值以下的危险,他们就会开始出面干预。(注:宇宙监察是著名物理学家罗杰·彭罗斯于1969年,对黑洞提出假说,认为宇宙不允许有裸奇点的出现。

只要出现裸奇点,就会有一个视界进行遮蔽。)宇宙第二、刘慈欣为什么要留下这个开放性的结局?曾经有传言说刘慈欣原本的结局就是程心因为留下5公斤的质量,从而导致整个宇宙的毁灭。只不过在审稿的时候,被出版社的编辑给改了。其实这种说法根本就是杯弓蛇影、胡乱猜测。站在作者的角度,不论谁写《三体》最科学、最合理的结局就是开放性的结局。

为什么呢?因为科幻小说和其他小说不一样,科幻小说的根基是科学,而科学是飞速发展的。就比如说,近十年来量子计算、量子物理突飞猛进,黑洞被发现和证实,对暗物质、暗能量的研究开始大规模地展开,哪个科幻作家会用10年前的基础理论把整个故事写死?几年后这不成了笑话了吗?就是从《三体》本身来说,无论是三体文明,还是太阳系人类、星舰人类还都在太阳系周边1000光年的范围打转转,他们对宇宙的了解只是九牛一毛中的九牛一毛。

《三体》是以人类的视角写的,在人类的认知中最底层是像自己一样虫子的黑暗森林,中层的是歌者一样的清理者,神级的是像归零者和回归文明这样将整个宇宙存续作为自己使用的文明。那么在归零者之上,在不同的时空维度(原著只设计空间维度);在不同的星系;不同的物质层面(反物质层面);不同的宇宙轮回有没有更高层次的存在?所以我相信这就是刘慈欣的原本的结局,换做任何一个作者也得这么写。

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