物质的密度为什么不能无限大(2)
时间:
书之意2
为什么
组成世界的基本粒子可分为&ld;玻色子&rd;和&ld;费米子&rd;两种。费米子服从泡利不相容原,即一个状态只能有一个费米子。我们可以把状态想象成楼梯的台阶。把玻色子和费米子想象成小石块。在一个台阶上可以放任意数量的玻色子小石块,但是在一个台阶上最多只能放两个费米子小石块(自旋方向不同,因此石块处于不同状态)。泡利不相容原就是不可能将两个以上的费米子小石块同时放在一个台阶(轨道)上。
电子是费米子,原子中电子的各种轨道就是这种&ld;台阶&rd;。因此电子只能一个一个地填满轨道,使原子的大小固定,密度就不会无限增加上去。如果电子是玻色子,那么所有的电子将聚积在离原子核最近的那条轨道上,原子会变得小很多倍,更不会组成分子,我们的世界将不会这么丰富多彩,也不会出现生命。
在地球上,物质都是原子组成的,因此密度最大的物质就是那些原子紧密排列的固体,如石头和金属等。那么地球之外,有没有密度比固体还要大的物质呢?答案是有的,但不再是原子组成物质。一些恒星死亡时,会残留下密度远大于固体的&ld;白矮星&rd;,即原子被破坏,电子被挤出,原子核紧密排列在一起。更大的恒星死亡时,会使电子都被挤压进原子核,形成密度更大的&ld;中子星&rd;。如果更大的恒星死亡,会留下黑洞,密度大得超乎想象,其内部结构是什么样子并不清楚,还在研究之中。但这些物质都已经不是我们通常意义上所说的原子组成的物质了。因此仅对原子组成的物质来说,因为电子是费米子,物质的密度便不会无限增加。&bsp;