宇宙之大超乎想象，但如果壓縮成中子星密度會有多小？

本文基于回答網(wǎng)友類似問題：

這是個腦洞題，根據(jù)已知的科學(xué)常識，簡單計算一下就知道了。

首先，我們要確定宇宙的大小如果我們不知道宇宙大小，就無法回答這樣的問題。但現(xiàn)在科學(xué)界對宇宙大小也沒有一個定論，我們只能按照現(xiàn)有理論大致評估一下。

過去牛頓時代奉行的是絕對宇宙觀，就是認(rèn)為宇宙是靜態(tài)的，無邊無際無始無終的，這樣就沒辦法確定宇宙的大小了，又怎么能夠計算出宇宙中所有原子的原子核和電子都緊挨著，不留一點空隙會有多大呢？

現(xiàn)代宇宙認(rèn)為，宇宙是動態(tài)的，時空是相對的，起源于138億年前的宇宙大爆炸，經(jīng)過138億年的膨脹擴張，宇宙已經(jīng)從一個無限小的奇點，膨脹到很大了，但到底膨脹到了多大無法知道，只知道宇宙可觀測范圍直徑約930億光年。在這個范圍以外還有不可觀測的宇宙，有多大無法知道。

大爆炸宇宙論已經(jīng)成為現(xiàn)代宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型，因為自從這個模型提出后，所有的科學(xué)觀測和發(fā)現(xiàn)都符合模型預(yù)期。因此我們現(xiàn)在回答這個問題，就采用這么一個宇宙范圍來計算。

有了可觀測宇宙的范圍，還要了解這個范圍包括了多少質(zhì)量?？捎^測宇宙質(zhì)量也是個估計數(shù)，有人根據(jù)這些年宇宙觀測的一些數(shù)據(jù)，認(rèn)為可觀測宇宙至少有1萬億個銀河系這樣的星系，銀河系有約2000億個太陽質(zhì)量，太陽質(zhì)量約為2*10^30kg，因此宇宙質(zhì)量約為：

（2*10^30）*（2*10^11）*（1*10^12）=4*10^53kg

還有一種算法是根據(jù)宇宙平均密度。愛因斯坦場方程中開始有一個宇宙常數(shù)λ，后來愛因斯坦根據(jù)哈勃觀測結(jié)論，確定了宇宙在膨脹后刪去了這個常數(shù)，但后來科學(xué)界發(fā)現(xiàn)這個常數(shù)很重要，并以此測算宇宙密度值為1，也就是1立方米空間只有1個粒子存在，1個質(zhì)子的質(zhì)量約為1.67*10^-27kg。

如果根據(jù)這個計算可觀測宇宙的質(zhì)量，即可得：

可觀測宇宙總體積≈4/3*3.1416*【（4.65*10^10）^3】=4.2*10^32立方光年

化為立方米≈（4.2*10^32）*（8.47*10^47）＝3.56*10^80m^3

可觀測宇宙總質(zhì)量≈（3.56*10^80m^3）*（1.67*10^-27）=5.95*10^53kg

這兩種計算得到的宇宙總質(zhì)量都差不多，在宇宙大尺度，任何測算都只能是一個大概，是很難得到精準(zhǔn)數(shù)據(jù)的。今天我們就采用那個星系測算的宇宙總質(zhì)量為4*10^53kg來計算吧。

不過這個質(zhì)量只是可見物質(zhì)的質(zhì)量?，F(xiàn)代研究認(rèn)為，宇宙中有95.1%的質(zhì)能由暗能量和暗物質(zhì)組成，今天科學(xué)界還無法看到這些，它們到底是什么也無法給出準(zhǔn)確答案，因此我們今天就不討論這些了。

現(xiàn)在來說說原子和原子核的密度實際上，科學(xué)界早就發(fā)現(xiàn)了宇宙中存在原子核密度的物質(zhì)，這就是中子星物質(zhì)，叫中子簡并態(tài)物質(zhì)。這種物質(zhì)是在中子星10^28個大氣壓的極端壓力下，物質(zhì)的核外電子完全被壓垮了，原子被壓碎了，電子被壓縮到原子核里，電子負(fù)電荷與質(zhì)子正電荷中和成為中子，這樣整個星球就像一個完全由中子組成的原子核。

科學(xué)研究認(rèn)為，原子核密度約為10^17kg/m^3，這樣就是每立方厘米為1億噸。一般認(rèn)為，中子星密度在10^17~2*10^18kg/m^3范圍，也就是1立方厘米達(dá)到1~20億噸，可見中子星密度有時候比原子核密度還要大。

我們周圍的一切常見物質(zhì)都是由原子組成，水的密度只有1g/cm^3（克/立方厘米），黃金的密度也只有19.32g/cm^3。既然原子核密度那么大，為啥常見物質(zhì)密度這么小呢？這是因為原子有個電子外殼，電子是很輕的，但支撐著原子的巨大空間。而占據(jù)原子總質(zhì)量99.96%的原子核，則縮在原子核心，只占體積的1000萬億分之一。

這樣我們就可以計算出，如果將水壓縮1000萬億倍，每立方厘米就有10億噸了；而金子壓縮1000萬億倍，每立方厘米就有19.32億噸了。實際上，原子核的密度應(yīng)該都是一樣的，水被壓成原子核與金子被壓縮成原子核，密度都應(yīng)該是一樣的。

因此，前面說的原子核密度為1*10^17kg/m^3，原子核體積只是原子的1000萬億分之一，這些數(shù)據(jù)都只是大概的相對的，特別是原子核與原子體積之比，不同原子是有很大差別的。

那么，如果整個宇宙變成一個緊挨著的原子核，有多大呢？其實，整個宇宙空曠得出奇，平均密度只有1.67*10^-27kg/m^3，也就是每立方米平均質(zhì)量只有1670億億億分之一公斤，比任何我們已知或者制造的最高真空都還要空。那么把可觀測宇宙總質(zhì)量4*10^53kg壓縮成原子密度后，體積還有多大呢？

簡單計算：4*10^53/1*10^17=4*10^36m^3，即有約4萬億億億億立方米體積。

每立方公里為10億立方米，因此，原子核可觀測宇宙體積為：4*10^36/1*10^9=4*10^27/km^3，即4000億億億立方公里；每立方光年約為8.47*10^38km^3，這個宇宙只有4.72*10^-12立方光年，也就是1萬億分之一立方光年。

這個核密度的可觀測宇宙就很小了，已經(jīng)不需要用光年衡量了，按公里或者天文單位AU來衡量，這個可觀測宇宙的球半徑只約有9.85億公里，不到5.6AU（1AU約1.5億公里）。木星到太陽平均距離約為7.79億公里，土星到太陽平均距離約為14.3億公里，因此這個核密度可觀測宇宙就只有太陽到木星和土星之間半徑這么一個球體了。

可見，如果宇宙變成一個中子星，就只有一個不到10億公里半徑的球了。

這個腦洞并非完全異想天開，很可能是宇宙終結(jié)時的狀態(tài)現(xiàn)代宇宙標(biāo)準(zhǔn)模型認(rèn)為，宇宙就是從小變大的，最開始是一個無法衡量體積的奇點，相對一個10億公里的球就完全忽略不計了?，F(xiàn)代黑洞理論認(rèn)為，黑洞的所有質(zhì)量就存在于核心那個奇點上。因此，中子星密度相對黑洞而言，又是小巫見大巫了。

有一種宇宙歸宿理論認(rèn)為，當(dāng)宇宙膨脹到一個臨界點后，擴張力與收縮力就會形成一個平衡，隨后引力將占主導(dǎo)形成宇宙收縮，隨著收縮的加快，最終形成坍縮之勢，必然經(jīng)過核密度階段，也就是中子星階段。

在宇宙極大質(zhì)量壓力下，這個階段會很短，瞬間就會坍縮成黑洞，宇宙回歸奇點，時空終結(jié)，我們現(xiàn)在知道的這個宇宙就消亡了。

宇宙歸宿有多種理論，這只是其中之一。不管哪個理論，宇宙至少都還有幾百億年的存在時間，而太陽系的壽命只有50億年了，人類能夠存在多少年，無人能夠預(yù)測。今天討論這個問題，只是與大家分享一下宇宙的基本常識，謝謝閱讀，歡迎討論。

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