比钢硬100亿倍，宇宙“最硬”物质是什么？此“硬菜”来自中子星

硬度是人类对材料的极致追求，因此在人类历史上，从石器时代到青铜时代，最后到铁器时代，变化的是材料的硬度。而后，人类又陆续发现金刚石、鲁珀特之泪等坚硬的物质。目前为止，人类发现的最硬的物质是碳炔。

碳炔结构

如果还不满足这些物质的硬度，那就将目光放向宇宙，寻找比地球的碳炔还硬的物质。这个时候我们会发现，地球这些物质的硬度全部都是弟弟。宇宙中的物质硬度都高得离谱，动辄得咎就是地球物质的上亿倍。想象一下这些东西撞击地球，地球能承受得起不？

这里面最硬的存在，是中子星的核意面。

中子星

中子星是宇宙中的天体名称，也是整个宇宙密度最大的星体，其平均密度为每立方厘米1亿吨以上。想象一下如果要把地球压缩到这个密度，那地球的直径只有可怜的22米。如此高密度的中子星，是怎么来的？

中子星是大质量恒星死亡后的墓碑，介于白矮星和黑洞之间，在它和黑洞之间还有一个概念星体夸克星。宇宙中没有什么物质是永恒的，即使是发光发热的恒星也有死亡的一天。以我们的太阳为例，它现在正值壮年时期，处在主序星时期，热量最稳定地持续输出，等再过约50亿年，太阳上面的氢核聚变反应完后，我们的太阳就会进入中老年。这个时候它的内部因为变成了氦而坍塌，最后变成红巨星，最后再变成一颗白矮星。

可是宇宙中还有质量远超过太阳的恒星，它们在主序星完成后，会因为内部的坍塌力量更大而形成红超巨星。因为坍塌实在太大，它会将自己外部的物质全部甩出来产生超新星爆炸。爆炸后，仅剩的大质量内核又会两种结局，一是变为黑洞，二是变为中子星。

一般来说，质量在8个太阳以上的恒星，会进入红超巨星到超新星爆炸形成中子星或者黑洞。因为内核还保留着原来的能量，它会以脉冲的方式发射出来，一些中子星就会成为脉冲星。中子星的密度大，主要原因是母恒星的质量很大，坍塌后的内核体积比起曾经来说非常小，因此造成了一块方糖大小的中子星物质，质量达到一亿吨。

如此高的密度，自然就会产生宇宙最硬的物质。

地球最硬的物质

在远古时期，人类认为石头是最硬的物质，因此我们的祖先捡起地上的石头，砸向我们追逐的猎物。果然，被石头砸中的动物轻则头破血流，重则当场一命呜呼。在用石头砸猎物的时候，石头碰撞到了石头导致裂开，裂口边缘很锋利。

人类的祖先在搬运石头的时候不小心割伤了手，于是它们发现，石头经过撞击会出现断口，断口很锋利可以割裂皮肉。但是在制作这个工具的时候，需要找一块硬度更大的石头作为敲击体。这便是人类第一次在自然中比较硬度。

后来人类发展出了文明，学会了冶炼金属，得到了人类历史上的第一个金属制品——青铜器。人们发现无论什么东西，只要被青铜做成的刀剑劈砍，都会粉身碎骨。我们认为青铜是比岩石还硬的物质，因为可以用青铜做的凿子凿开山石修路。

而后，人们发现比青铜还要硬的物质——钢铁。战场上，钢铁的刀剑劈断了青铜剑，宣告新一任王者的到来。自此，人们认为，钢铁几乎是人类为自己寻找的最硬的材料。但很快人们才发现，非金属材料的潜力超乎想象。

目前地球上已知的最硬的物质是碳炔，这是一种碳原子以三价键的形式组成的碳链，其本质上是碳，但是因为内部的结构，造就了其超高的硬度。碳炔的硬度大约是钢铁的上百倍。碳给人的印象并不是坚硬的物质，相反它很柔软，还能燃烧取暖。但是不论是金刚石，还是后来的碳炔，都成为了地球上硬度数一数二的物质。

这是因为碳的“可塑性”非常高，能够形成各种化学键，这也是它能够成为我们生命的基础。我们自称碳基生命，就是我们的有机物是以碳原子为主链条，氢氧氮为添加物进行的组合。

也就是说，地球上最硬的物质，是碳原子组成的。那么中子星上面的物质，主要成分是什么呢？

中子

中子星顾名思义，主要由中子组成的星球。我们都知道原子由原子核与外围电子组成，而原子核又是质子和中子组成。中子是不带电且质量比起质子小很多的粒子，它第一次被发现是在著名的卢瑟福用原子轰击金箔的实验。

原本在一个原子里，质子、电子还有中子互相不会干涉，它们维持着这个原子的一切运动。但是，在中子星形成过程中，发生超新星爆炸，导致原子的质子和电子通通被甩出来。因为质子带正电而电子带负电，它们在宇宙中互相结合，这个结合的产物便是中子。再加上之前母恒星破裂的原子核里残留的中子，它们一起组成了中子星。

中子是组成原子的三大粒子之一，它不带电，但是特别容易进入原子核。如果用它轰击原子核，会引出核子反应，释放出巨大的能量，这便是人类研发的中子弹。四个中子会组成一个粒子，被称为“四中子”，又称“零号元素”。这种粒子不带电，与其他中子互为同位素。但是，目前这个“四中子”没有明确的理论证明，它的出现很像是一种偶然。

因为中子不带电，要它们结合起来，简直是天方夜谭，它们不会互相吸引，也不会相互排斥，就这样保持独立互不干涉。所以，四个中子组合成粒子，这几乎是不可能的。但是科学家们却认为，也许当年出现“四中子”是巧合，可如果是在情况非常复杂的太空，比如中子星上面，是有可能存在的。因为超新星大爆炸之后，原子的结构已经彻底被改变，我们不能用平常的原子理论去看待中子星上的情况。

中子星的内部有什么？

那么在中子星上，会以怎样的形式构成密度极大的中子星呢？

核意面

核意面听起来很好吃，然而实际上它是一道“硬菜”，其硬度是钢铁的100亿倍，这世上没有谁能咬得动这道意面。

中子星是宇宙中引力仅次于黑洞的存在，因此光可以从中子星四周逃逸，但是逃逸路线会发生弯曲。因此，我们是不可能登陆中子星的，巨大的引力会引发上面的一切有质量的物质发生坍塌。因此科学家们只能通过电脑模拟，得出一个模拟的中子星内部结构。计算机将模拟的中子星组成呈现在大家面前，大家都惊呆了！

由于中子星的引力巨大，因此越往中子星的内部走，它的结构就越像一个意大利面团。超新星爆炸的巨大压力，让中子和质子们聚集在一起，形成了类似球形的核，中子和质子是原子核的组成部分，因此又称核意面。

球形面团并非核意面的唯一结构，越靠内部压缩越强，质子没有足够的电斥力来维持球形，类球形核结构又被压成长长的条状的意大利面。压缩继续升级，原子核会变成薄片状的意大利面。

这些“意大利面”们组成了密度极大的中子星，也自然而然成为了全宇宙硬度最高的物质。这便是中子星呈现给全宇宙的一道极致硬核的菜肴！可这份“硬菜”有什么作用呢？仅仅用来“填饱”中子星的肚子吗？当然不是，有一部分中子星会发出脉冲波，被称为脉冲星。并不是每一颗中子星都是脉冲星，只有旋转周期很短的中子星才能产生脉冲。而决定这个周期的，就是这些“意大利面”。

天文学家们发现，脉冲星是因为中子星释放能量导致的，本质上脉冲星的旋转速度会比一般的中子星慢很多。然而经过研究发现，目前已知的脉冲星中，旋转周期就没有超过12秒的。这是因为，脉冲星的分布都不会很均匀，导致残留的电子和质子们在旋转过程中产生磁场。

如果任由这个磁场加强的话，脉冲星两极地区会产生电磁波，释放能量，减慢脉冲星的旋转速度。然而，核意面将质子和中子结合起来，使磁场减弱，这个时候虽然依旧发射电磁波，但是它保住了脉冲星大量的能量，继续维持高速旋转。

此外我们都知道，中子星的引力仅次于黑洞，如果不考虑概念星体夸克星，它是宇宙中的第二大引力。光可以从中子星周围逃逸，但是逃逸的路线会出现弯曲，这是因为中子星附近的空间是扭曲的。扭曲的原因除了引力过大，还有就是，核意面会让中子星的表面并不平整，出现高度仅几厘米的山峰。正是这仅仅一点点山峰，就足以让旋转的中子星周围的空间出现弯曲。而弯曲的空间里，中子星在不断地向外释放能量，这就形成了引力波。

双中子星合并的引力波模型

也就是说，核意面很有可能是引力波发生的条件之一。引力波是爱因斯坦广义相对论中预言的一种物质，现在已经被人类证明存在，它来自于高速旋转的双脉冲星。

研究“意面”的意义

那么这些“意大利面”对我们有什么意义呢？当然不是为了吃它，而是能够帮助我们实现星际穿越。

宇宙中有很多能量，但这其中有很多人类无法利用。核意面是人类通过电脑模拟出来的结构，而人类的实验中曾经偶然存在过“四中子”结构，这就意味着未来人类可以模拟中子星的环境，创造出核意面。中子星能量巨大，且没有黑洞危险，我们可以利用这一点为宇宙飞船实现能量供应。

此外，中子星周围扭曲的空间，是曲率加速器和虫洞科技的基础，未来能否接近光速，可以在这个方向上努力。

虫洞（想象图）

未来的探索

谁能想到宇宙中居然存在着“意大利面”结构的物质，而且这种物质还是全宇宙硬度最大的存在。宇宙拥有140亿年的历史，960亿光年的直径，人类探索的范围只是非常微小的一部分。当然，人类在宇宙中的前进范围不会仅限于如此。

如今人类的脚步还没有扩展到太阳系以外，甚至连我们自己的太阳系边界在哪里都还没有搞清，更不要说前往中子星，核意面似乎对我们还很遥远。可是我们不能因为现在还没有到达中子星就放弃研究，或许有一天核意面会和当年“四中子”结构一样偶然出现在人类的研究中。即便是惊鸿一瞥，也足以说明人类科技的伟大进步。