如果吃一小勺中子星会怎么样?

看到那个吃白矮星的问题后脑洞继续大开 但是无奈于自己只是个电子狗对这些不太了解 请大神回答 相关问题:吃一小勺中子会怎么样? - 物理学 - 知乎
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中子星物质乃是宇宙中难得的美食,能吃到一口应该算是八辈子修来的福气了。因为,要拿到一勺中子星物质的技术难度是在太大了。

最近的中子星(RX J1856.5-3754)在400光年以外。不过,这个遥远的距离是所有困难中最小的一个。
图片来自https://en.wikipedia.org/wiki/Neutron_star

有志者事竟成。坐上接近光速的飞船,经过数百年飞行,你终于来到了中子星。由于快速运动的相对论效应,对于你来说只过去了几年。与吃到宇宙中极品美食相比,这点时间的付出还是值得的。

你面临的下一个困难就是在中子星表面着陆。你可以让飞船在中子星轨道上运行,但是总要把一个挖掘机放下去。中子星表面的重力加速度十分惊人。即使你把挖掘机从1米的高度丢下去,它也会以每秒2000公里的速度在1毫秒之内落地,摔成一堆废铁。即使你有强大的火箭在降落时减速,你还需要保证挖掘机强度足够大,不会被巨大的重力压成一张印度飞饼。
图片来自图片来自youtu.be/ZW3aV7U-aik

此外,你的挖掘机还必须耐高温,因为中子星表面温度超过100万度。

更大的困难还在后面。如果你仅仅满足于在中子星表面挖掘,你不会得到你想象中的中子星物质,也就是一团中子。

图片来自Neutron star

和大多数天体一样,中子星也是分层的。外壳虽然密度也不小,但是物质组成却并不稀奇,基本上就是一些电子和铁原子核。它们是恒星聚变的最后产物。如果你只是想尝尝铁的味道,根本不用离开地球。越往下,中子的比例越大。要挖到理想的中子星物质,你至少要往下挖掘3公里以上。

假设你在宇宙中最强的挖掘机技术的支持下,成功挖到了一勺1立方厘米的中子星物质,要带着它离开中子星,甚至回到地球,又是一个难题。中子星得以保持这种奇特的物质形态(中子态)是由于巨大的自身引力和中子简并压力的平衡。离开中子星以后,引力没有了,这一勺物质肯定无法保持原样,未免不中吃了。你必须把它放进一个可以保持中子态,并且屏蔽引力的高科技冰箱。

最后,你克服了上面的所有困难,带着这一勺中子星物质,再奔波400光年,回到地球。坐在餐桌前,准备享用这来之不易的美食。

如果这一块中子星物质还保持着在中子星上的温度,它就会让周围的空气快速电离,膨胀,引发一场不大不小的爆炸。不过,相信此刻这一块中子星物质的温度在你的高科技冰箱中已经降低到室温了,所以你不用担心烫到嘴,就放心的吃吧。

打开冰箱,当中子星物质出现在你面前那一瞬间,你会感受到它向你发出巨大的诱惑,召唤你不顾一切向它扑去。你顿时觉得身轻如燕,于是你腾空而起,飞向你的美食。
图片来自Follow Your Nose

这并不是夸张,也不是比喻。这一勺1立方厘米的中子星物质重达10亿吨,和珠穆朗玛峰差不多。如果你体重70公斤,当你距离它1米的时候,你们之间的引力是4672牛顿,相当于476公斤物质在地球上的重量。这样的引力足以让你向它飞过去了。

图片来自youtu.be/ZW3aV7U-aik

很快你就能飞过这段短短的距离,不过恐怕你没有时间把它放进嘴里,尝到它的味道了。

我们知道引力是和距离平方成反比的,所以你距离它越近,引力越大。当你的头顶刚刚接触到它的时候,你的脚底还在1.7米以外。在头顶处,1公斤的物质受到的引力是2668000牛顿(相当于266.8吨物质受到的地球引力),而脚底处,1公斤物质受到的引力仅为23牛顿(相当于两公斤物质受到的地球引力)。这个巨大的引力差使得你的身体各部分以不同的速度投向中子星物质,导致的结果就是你的身体会像橡皮泥一样被拉长。

这大概就是磁性橡皮泥遇上钕磁铁的效果。
图片来自#stretch

不过这个距离太近,你无法慢慢体验到跌入黑洞时的面条化效果。很快,你就和中子星物质合为一体,均匀地分布在它的表面了。

其实,如果把这个结局定义为“吃掉了”也无可厚非,毕竟中子星物质在你体内了。美中不足的是,你最后还是没能品出什么滋味。

这时候,中子星物质惊奇的发现自己不在中子星上面了,把所有的中子凝聚在一起的巨大引力已经没有了,所以,这一块中子星物质决定做点什么。

它要做的事情叫做β-衰变。
图片来自The Sun: Energy from Nuclei

中子在原子核中可以稳定存在,但是不在原子核中的时候,它就会进行上图中的β-衰变,释放出一个电子和反中微子,把自己变成一个质子。中子的半衰期只有10分钟。

一个中子的质量是1.6750 * 10^-27千克;一个质子的质量是1.6726* 10^-27千克;而一个电子的质量是9.109 * 10^-31千克;一个反中微子的质量是,这个太小我们就不用管它了。

比较以上粒子的质量,我们不难看出,衰变后的粒子质量小于原来的中子质量:有0.15%的质量消失了。这当然不是什么魔术,爱因斯坦告诉我们,这些质量转化成了能量。至于这部分能量有多大呢?在质量后面乘上一个c^2就行了。

β-衰变后产生的质子和电子会和中子组成原子,所以最后的产物会是一团氢和氦的混合气体。所以,不会所有的中子都发生衰变。我估计衰变的中子大约会有一半。那么,整个过程中,损失的质量就是10^12 * 0.15% / 2 = 7.5 * 10^8 千克,而衰变过程产生的能量大约是6.74 * 10^25焦耳。

它相当于原子弹“小男孩”能量的1万亿倍;人类制造的最大的氢弹“沙皇炸弹”能量的3亿倍;在白垩纪造成恐龙灭绝的陨石能量的6万倍;地球在12年内从太阳得到的能量......

爆炸结束,所有的熔岩,碎石和尘埃落回地面后,地球大致还是一个球形,只是连一只跳蚤都找不到了。

图片来自Judgement Day, Hell & Earth

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