硬度是人類對材料的極致追求，因此在人類歷史上，從石器時代到青銅時代，最后到鐵器時代，變化的是材料的硬度。而后，人類又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)金剛石、魯珀特之淚等堅硬的物質(zhì)。目前為止，人類發(fā)現(xiàn)的最硬的物質(zhì)是碳炔。

碳炔結(jié)構(gòu)

如果還不滿足這些物質(zhì)的硬度，那就將目光放向宇宙，尋找比地球的碳炔還硬的物質(zhì)。這個時候我們會發(fā)現(xiàn)，地球這些物質(zhì)的硬度全部都是弟弟。宇宙中的物質(zhì)硬度都高得離譜，動輒得咎就是地球物質(zhì)的上億倍。想象一下這些東西撞擊地球，地球能承受得起不？

這里面最硬的存在，是中子星的核意面。

中子星

中子星是宇宙中的天體名稱，也是整個宇宙密度最大的星體，其平均密度為每立方厘米1億噸以上。想象一下如果要把地球壓縮到這個密度，那地球的直徑只有可憐的22米。如此高密度的中子星，是怎么來的？

中子星是大質(zhì)量恒星死亡后的墓碑，介于白矮星和黑洞之間，在它和黑洞之間還有一個概念星體夸克星。宇宙中沒有什么物質(zhì)是永恒的，即使是發(fā)光發(fā)熱的恒星也有死亡的一天。以我們的太陽為例，它現(xiàn)在正值壯年時期，處在主序星時期，熱量最穩(wěn)定地持續(xù)輸出，等再過約50億年，太陽上面的氫核聚變反應(yīng)完后，我們的太陽就會進(jìn)入中老年。這個時候它的內(nèi)部因為變成了氦而坍塌，最后變成紅巨星，最后再變成一顆白矮星。

可是宇宙中還有質(zhì)量遠(yuǎn)超過太陽的恒星，它們在主序星完成后，會因為內(nèi)部的坍塌力量更大而形成紅超巨星。因為坍塌實在太大，它會將自己外部的物質(zhì)全部甩出來產(chǎn)生超新星爆炸。爆炸后，僅剩的大質(zhì)量內(nèi)核又會兩種結(jié)局，一是變?yōu)楹诙矗亲優(yōu)橹凶有恰?/p>

一般來說，質(zhì)量在8個太陽以上的恒星，會進(jìn)入紅超巨星到超新星爆炸形成中子星或者黑洞。因為內(nèi)核還保留著原來的能量，它會以脈沖的方式發(fā)射出來，一些中子星會成為脈沖星。中子星的密度大，主要原因是母恒星的質(zhì)量很大，坍塌后的內(nèi)核體積比起曾經(jīng)來說非常小，因此造成了一塊方糖大小的中子星物質(zhì)，質(zhì)量達(dá)到一億噸。

如此高的密度，自然就會產(chǎn)生宇宙最硬的物質(zhì)。

地球最硬的物質(zhì)

在遠(yuǎn)古時期，人類認(rèn)為石頭是最硬的物質(zhì)，因此我們的祖先撿起地上的石頭，砸向我們追逐的獵物。果然，被石頭砸中的動物輕則頭破血流，重則當(dāng)場一命嗚呼。在用石頭砸獵物的時候，石頭碰撞到了石頭導(dǎo)致裂開，裂口邊緣很鋒利。

人類的祖先在搬運石頭的時候不小心割傷了手，于是它們發(fā)現(xiàn)，石頭經(jīng)過撞擊會出現(xiàn)斷口，斷口很鋒利可以割裂皮肉。但是在制作這個工具的時候，需要找一塊硬度更大的石頭作為敲擊體。這便是人類第一次在自然中比較硬度。

后來人類發(fā)展出了文明，學(xué)會了冶煉金屬，得到了人類歷史上的第一個金屬制品——青銅器。人們發(fā)現(xiàn)無論什么東西，只要被青銅做成的刀劍劈砍，都會粉身碎骨。我們認(rèn)為青銅是比巖石還硬的物質(zhì)，因為可以用青銅做的鑿子鑿開山石修路。

而后，人們發(fā)現(xiàn)比青銅還要硬的物質(zhì)——鋼鐵。戰(zhàn)場上，鋼鐵的刀劍劈斷了青銅劍，宣告新一任王者的到來。自此，人們認(rèn)為，鋼鐵幾乎是人類為自己尋找的最硬的材料。但很快人們才發(fā)現(xiàn)，非金屬材料的潛力超乎想象。

目前地球上已知的最硬的物質(zhì)是碳炔，這是一種碳原子以三價鍵的形式組成的碳鏈，其本質(zhì)上是碳，但是因為內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，造就了其超高的硬度。碳炔的硬度大約是鋼鐵的上百倍。碳給人的印象并不是堅硬的物質(zhì)，相反它很柔軟，還能燃燒取暖。但是不論是金剛石，還是后來的碳炔，都成為了地球上硬度數(shù)一數(shù)二的物質(zhì)。

這是因為碳的“可塑性”非常高，能夠形成各種化學(xué)鍵，這也是它能夠成為我們生命的基礎(chǔ)。我們自稱碳基生命，就是我們的有機物是以碳原子為主鏈條，氫氧氮為添加物進(jìn)行的組合。

也就是說，地球上最硬的物質(zhì)，是碳原子組成的。那么中子星上面的物質(zhì)，主要成分是什么呢？

中子

中子星顧名思義，主要由中子組成的星球。我們都知道原子由原子核與外圍電子組成，而原子核又是質(zhì)子和中子組成。中子是不帶電且質(zhì)量比起質(zhì)子小很多的粒子，它第一次被發(fā)現(xiàn)是在著名的盧瑟福用原子轟擊金箔的實驗。

原本在一個原子里，質(zhì)子、電子還有中子互相不會干涉，它們維持著這個原子的一切運動。但是，在中子星形成過程中，發(fā)生超新星爆炸，導(dǎo)致原子的質(zhì)子和電子通通被甩出來。因為質(zhì)子帶正電而電子帶負(fù)電，它們在宇宙中互相結(jié)合，這個結(jié)合的產(chǎn)物便是中子。再加上之前母恒星破裂的原子核里殘留的中子，它們一起組成了中子星。

中子是組成原子的三大粒子之一，它不帶電，但是特別容易進(jìn)入原子核。如果用它轟擊原子核，會引出核子反應(yīng)，釋放出巨大的能量，這便是人類研發(fā)的中子彈。四個中子會組成一個粒子，被稱為“四中子”，又稱“零號元素”。這種粒子不帶電，與其他中子互為同位素。但是，目前這個“四中子”沒有明確的理論證明，它的出現(xiàn)很像是一種偶然。

因為中子不帶電，要它們結(jié)合起來，簡直是天方夜譚，它們不會互相吸引，也不會相互排斥，就這樣保持獨立互不干涉。所以，四個中子組合成粒子，這幾乎是不可能的。但是科學(xué)家們卻認(rèn)為，也許當(dāng)年出現(xiàn)“四中子”是巧合，可如果是在情況非常復(fù)雜的太空，比如中子星上面，是有可能存在的。因為超新星大爆炸之后，原子的結(jié)構(gòu)已經(jīng)徹底被改變，我們不能用平常的原子理論去看待中子星上的情況。

中子星的內(nèi)部有什么？

那么中子星上，會以怎樣的形式構(gòu)成密度極大的中子星呢？

核意面

核意面聽起來很好吃，然而實際上它是一道“硬菜”，其硬度是鋼鐵的100億倍，這世上沒有誰能咬得動這道意面。

中子星是宇宙中引力僅次于黑洞的存在，因此光可以從中子星四周逃逸，但是逃逸路線會發(fā)生彎曲。因此，我們是不可能登陸中子星的，巨大的引力會引發(fā)上面的一切有質(zhì)量的物質(zhì)發(fā)生坍塌。因此科學(xué)家們只能通過電腦模擬，得出一個模擬的中子星內(nèi)部結(jié)構(gòu)。計算機將模擬的中子星組成呈現(xiàn)在大家面前，大家都驚呆了！

由于中子星的引力巨大，因此越往中子星的內(nèi)部走，它的結(jié)構(gòu)就越像一個意大利面團(tuán)。超新星爆炸的巨大壓力，讓中子和質(zhì)子們聚集在一起，形成了類似球形的核，中子和質(zhì)子是原子核的組成部分，因此又稱核意面。

球形面團(tuán)并非核意面的唯一結(jié)構(gòu)，越靠內(nèi)部壓縮越強，質(zhì)子沒有足夠的電斥力來維持球形，類球形核結(jié)構(gòu)又被壓成長長的條狀的意大利面。壓縮繼續(xù)升級，原子核會變成薄片狀的意大利面。

這些“意大利面”們組成了密度極大的中子星，也自然而然成為了全宇宙硬度最高的物質(zhì)。這便是中子星呈現(xiàn)給全宇宙的一道極致硬核的菜肴！可這份“硬菜”有什么作用呢？僅僅用來“填飽”中子星的肚子嗎？當(dāng)然不是，有一部分中子星會發(fā)出脈沖波，被稱為脈沖星。并不是每一顆中子星都是脈沖星，只有旋轉(zhuǎn)周期很短的中子星才能產(chǎn)生脈沖。而決定這個周期的，就是這些“意大利面”。

天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，脈沖星是因為中子星釋放能量導(dǎo)致的，本質(zhì)上脈沖星的旋轉(zhuǎn)速度會比一般的中子星慢很多。然而經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，目前已知的脈沖星中，旋轉(zhuǎn)周期就沒有超過12秒的。這是因為，脈沖星的分布都不會很均勻，導(dǎo)致殘留的電子和質(zhì)子們在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生磁場。

如果任由這個磁場加強的話，脈沖星兩極地區(qū)會產(chǎn)生電磁波，釋放能量，減慢脈沖星的旋轉(zhuǎn)速度。然而，核意面將質(zhì)子和中子結(jié)合起來，使磁場減弱，這個時候雖然依舊發(fā)射電磁波，但是它保住了脈沖星大量的能量，繼續(xù)維持高速旋轉(zhuǎn)。

此外我們都知道，中子星的引力僅次于黑洞，如果不考慮概念星體夸克星，它是宇宙中的第二大引力。光可以從中子星周圍逃逸，但是逃逸的路線會出現(xiàn)彎曲，這是因為中子星附近的空間是扭曲的。扭曲的原因除了引力過大，還有就是，核意面會讓中子星的表面并不平整，出現(xiàn)高度僅幾厘米的山峰。正是這僅僅一點點山峰，就足以讓旋轉(zhuǎn)的中子星周圍的空間出現(xiàn)彎曲。而彎曲的空間里，中子星在不斷地向外釋放能量，這就形成了引力波。

雙中子星合并的引力波模型

也就是說，核意面很有可能是引力波發(fā)生的條件之一。引力波是愛因斯坦廣義相對論中預(yù)言的一種物質(zhì)，現(xiàn)在已經(jīng)被人類證明存在，它來自于高速旋轉(zhuǎn)的雙脈沖星。

研究“意面”的意義

那么這些“意大利面”對我們有什么意義呢？當(dāng)然不是為了吃它，而是能夠幫助我們實現(xiàn)星際穿越。

宇宙中有很多能量，但這其中有很多人類無法利用。核意面是人類通過電腦模擬出來的結(jié)構(gòu)，而人類的實驗中曾經(jīng)偶然存在過“四中子”結(jié)構(gòu)，這就意味著未來人類可以模擬中子星的環(huán)境，創(chuàng)造出核意面。中子星能量巨大，且沒有黑洞危險，我們可以利用這一點為宇宙飛船實現(xiàn)能量供應(yīng)。

此外，中子星周圍扭曲的空間，是曲率加速器和蟲洞科技的基礎(chǔ)，未來能否接近光速，可以在這個方向上努力。

蟲洞（想象圖）

未來的探索

誰能想到宇宙中居然存在著“意大利面”結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，而且這種物質(zhì)還是全宇宙硬度最大的存在。宇宙擁有140億年的歷史，960億光年的直徑，人類探索的范圍只是非常微小的一部分。當(dāng)然，人類在宇宙中的前進(jìn)范圍不會僅限于如此。

如今人類的腳步還沒有擴展到太陽系以外，甚至連我們自己的太陽系邊界在哪里都還沒有搞清，更不要說前往中子星，核意面似乎對我們還很遙遠(yuǎn)。可是我們不能因為現(xiàn)在還沒有到達(dá)中子星就放棄研究，或許有一天核意面會和當(dāng)年“四中子”結(jié)構(gòu)一樣偶然出現(xiàn)在人類的研究中。即便是驚鴻一瞥，也足以說明人類科技的偉大進(jìn)步。