引力平衡的關鍵,白矮星的半徑估算及電子氣體的相對論效應分析

2023年10月17日22:38:08 科學 1256

這場以恆星末日為主題的演講真是百聞不如一見啊。張朝陽那飽滿的頭髮和燦爛的笑容,簡直就是古人所言的儀錶堂堂,英俊瀟洒。他娓娓道來,讓人如痴如醉。

引力平衡的關鍵,白矮星的半徑估算及電子氣體的相對論效應分析 - 天天要聞

既然講恆星末日,那就免不了提到白矮星。你們知道嗎,當恆星壽命接近尾聲時,它們會發生爆炸,拋灑出大量物質。如果剩餘質量不足太陽質量的1.44倍,那它們就會變成白矮星。白矮星內部,電子被電離出來,形成了理想電子氣體。這電子氣體可厲害了,它靠自己的壓強抵禦引力的壓縮。

引力平衡的關鍵,白矮星的半徑估算及電子氣體的相對論效應分析 - 天天要聞

這電子氣體的壓強,哪裡來的呢?是從哪冒出來的?原來,電子之間幾乎沒有相互作用,形成了這個神奇的簡併壓。這簡直就是電子的「無敵腰帶」,把白矮星守護得固若金湯。

引力平衡的關鍵,白矮星的半徑估算及電子氣體的相對論效應分析 - 天天要聞

不過,大家可別小瞧這簡併壓的威力,得量一量才知道。我們需要估算一下白矮星的半徑,才能更好地欣賞它的偉岸之處。用一個叫「流體靜平衡方程」的公式,我們可以推導出白矮星半徑的估算值。

話說這個公式看起來挺複雜的,裡面有好多符號,還有個壓強的導數。不過,張朝陽老師給我們講解得真是明明白白。你們想像一下,在星球內部取一個柱狀微元,然後考慮微元所受的各種力,比如引力和壓力。通過計算這些力的平衡,我們就可以得到星球的流體靜平衡方程。

引力平衡的關鍵,白矮星的半徑估算及電子氣體的相對論效應分析 - 天天要聞

有了這個方程,我們就可以估算出白矮星的半徑了。假設白矮星表面的壓強是零,然後根據一系列的推導,我們得到了一個估算公式。這個公式告訴我們,白矮星的半徑與它的質量有關。用我古人的話來說,質量大,半徑小,質量小,半徑大,一目了然。

當然,不能光憑這個公式就高枕無憂了。我們還得考慮到電子氣體的相對論效應。不然白矮星的壓強估算就不準確了。你們知道嗎,相對論真是個厲害的東西。相對論下的電子質量會隨著動量的增加而增加,導致壓強的計算有所差異。所以,要想得到準確的結果,我們必須考慮相對論電子氣體。

引力平衡的關鍵,白矮星的半徑估算及電子氣體的相對論效應分析 - 天天要聞

沒錯,相對論電子氣體也要拜倒在我們的推導公式下。我們再次運用了一些複雜的計算,推導出了相對論電子氣體的壓強公式。這個公式告訴我們,壓強與電子數密度的5/3次方成正比,與電子質量成反比。相對論電子氣體的壓強與非相對論的壓強相比,要小一些。原來是因為相對論效應使得粒子的碰撞頻率降低了。

接著,我們把這個相對論電子氣體的壓強公式和之前的流體靜平衡方程結合起來,得到了白矮星的質量上限。這個質量上限叫做錢德拉塞卡極限,是白矮星能夠穩定存在的最大質量。

要是白矮星的質量超過了這個極限,可就不得了了。它就無法穩定存在了,要麼變成中子星,要麼變得更緻密,甚至可能變成黑洞。可憐的白矮星,就像個敲鑼打鼓的娃娃,一不小心就要被引力拖下水了。

這場演講真是精彩絕倫,令人嘆為觀止。張朝陽老師以他深厚的物理知識和幽默的講解風格,將複雜的理論娓娓道來,讓我們對恆星末日有了更深入的了解。真是受益匪淺啊!不知道大家對於恆星末日有何看法呢?歡迎留下你們的評論,讓我們一起探討這個神秘而又迷人的話題。

科學分類資訊推薦

中國交付全球最大「人造太陽」重要部件 - 天天要聞

中國交付全球最大「人造太陽」重要部件

近日,全球最大「人造太陽」國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃磁體饋線採購包項目迎來關鍵節點,其最後一套校正場線圈內饋線部件在合肥竣工,並交付起運位於法國的ITER現場。這標誌著ITER磁體饋線系統中所有超大部件的研製順利完成。ITER磁體饋線系統由中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所研製,被稱為ITER磁體系...
張振豐調研溫州學研究聯合會 構建中國學視野下的溫州學研究體系 - 天天要聞

張振豐調研溫州學研究聯合會 構建中國學視野下的溫州學研究體系

4月13日,副省長、市委書記張振豐在溫州學研究聯合會調研時強調,要深入學習貫徹習近平文化思想和習近平總書記考察浙江重要講話精神,堅持「立足溫州、研究溫州、服務溫州」,深化時間維度、放大空間維度,貫通歷史研究溫州、跳出溫州研究溫州,努力打造溫州建設高水平文化強市的重要窗口、具有全國影響力的地方學術研究的...
土撥鼠等動植物不得攜帶入境!關於國門生物安全,你要知道這些 - 天天要聞

土撥鼠等動植物不得攜帶入境!關於國門生物安全,你要知道這些

極目新聞記者 張秀娟通訊員 趙夢潔 黃曉彧 林敏「小朋友們,外來入侵物種包括哪些呢?」「在咱們出國旅遊前,需注意哪些問題呢?」4月12日,在第十個全民國家安全教育日來臨之際,武漢海關在武漢天河國際機場開展了一場別開生面的「海關開放日」活動。15名小學生化身「國門小衛士」,零距離體驗、參與海關全民國家安全教育...
月球上跳一跳,輕鬆打破跳高世界紀錄!這個展會,解密引力奧秘 - 天天要聞

月球上跳一跳,輕鬆打破跳高世界紀錄!這個展會,解密引力奧秘

頂端新聞記者 楊逍 文 時碩 圖如果你嚮往星辰宇宙,那你是否幻想過在其他星球上跳躍?在本次國防展的「星球重力」互動體驗機前,你每次的縱身一躍,都會化身成屏幕中身穿宇航員服的小人,來到月球、金星、火星、火衛二、土衛一等星體上,屏幕的上方記錄著你的跳躍高度。在月球,你輕輕一躍就能達到3米高度,輕鬆打破2.45米...
4月13日石家莊強風顯著增強的原因 - 天天要聞

4月13日石家莊強風顯著增強的原因

4月13日石家莊強風顯著增強的原因,是多重氣象條件和地理因素共同作用的結果。根據氣象監測和專家分析,此次強風具有以下關鍵成因:一、極端天氣系統的疊加效應1.
神十九乘組「太空出差」倒計時:各項空間科學實(試)驗穩步推進 - 天天要聞

神十九乘組「太空出差」倒計時:各項空間科學實(試)驗穩步推進

IT之家 4 月 13 日消息,據央視網報道,神舟十九號航天員乘組的「太空出差」之旅即將進入倒計時。上周,神十九乘組穩步推進各項空間科學實(試)驗,在開展站內環境監測、設備檢查維護等工作同時,積極開展健康維護。神十九乘組利用腦電設備開展了多項實驗的測試工作,地面科研人員將利用獲取的數據探究重力對視覺運動信息...
感受活力丨機器人正在進化中……這樣的「生活搭子」,你喜歡嗎? - 天天要聞

感受活力丨機器人正在進化中……這樣的「生活搭子」,你喜歡嗎?

模仿人類奔跑、跳躍、空翻,像人一樣說話、思考甚至察言觀色。這不是科幻電影對未來的虛構,而是2025中國機器人產業闊步向前的現實。小時候的你,是不是也曾暢想過:家裡有一個機器人,能買菜、做飯、鋪床、掃地,幫你干農活,還可以照顧家裡老人……時至今日,這些「天馬行空」的想像,正在變成現實。「12點了,您該吃藥了...