宇宙膨胀的速度是多少和光速谁快（把整个宇宙压缩成一个原子核密度）

有人异想天开，如果把宇宙所有原子的电子都压缩到原子核一起，不留空隙会有多大？这实际上就是把宇宙压缩成原子核密度。

这个问题看起来很复杂，但实际上很简单，因为在我们宇宙已经有这样的物质了，只要我们知道了宇宙的质量，掰一下指头就出来了。

大家知道，我们地球上所有的物体都是由原子组成的，而原子是由原子核和核外电子组成的。现代研究认为，原子核占有了整个原子99.96%的质量，但在原子里占有的体积却很小。小到什么程度呢？原子核在原子中心，被一个巨大的电子外壳包裹着。

电子很小，量子力学认为电子以电子云的方式围绕着核子运行，电子与原子核之间是被电磁作用力约束，一般情况下，既无法离原子核远去，也无法掉落到原子核上。当电子得到相应能量时才会个别脱离原子核控制，使这个原子成为离子。

原子的直径约为10^-10m，就是100亿分之一米或0.1纳米；原子核的直径为10^-15m，也就是千万亿分之一米或者1飞米，是原子直径的10万分之一。这样原子核的体积就约原子的1000万亿分之一，可以认为，如果物质是以原子核的形式存在的话，应该是我们世界能够认识物质的极限了。

这样说来，我们地球上所有的物质是由一个个原子组成的，但这个原子是被电子外壳包裹着的虚空状态，因此所有的物质都是疏松的。有没有办法将物质压实成为密实的物质呢？

因为要把一个原子压碎需要极端的压力，只有太空中巨大恒星才有这种压力。我们太阳这样质量的恒星是没有这个能力的，它在演化后期，中心核聚变停止后，巨大的恒星质量引力压只可以把核心物质压成一个白矮星，也就是电子简并态星球。

组成白矮星的物质虽然原子被压变形了，部分电子被压跑了成为自由电子，但依然漂浮在原子核的周围，原子核并没有赤裸裸的靠在一起，而是懒洋洋的漂浮在自由电子组成的海洋里，这种物质就还没有达到原子核的密度，只能达到每立方厘米约有数吨的质量。

只有更大的恒星或者白矮星通过吸积达到一个质量阈值，也就是钱德拉塞卡极限，其电子简并压就无法支撑这种状态了，就会迅速坍缩成一个中子星。

这种恒星质量必须达到太阳的8倍以上，演化后期中心停止核聚变后，会把核心物质压缩成一个中子星；而白矮星通过吸积，质量达到太阳的1.44倍，就是钱德拉塞卡极限，就也会坍缩成一个中子星。

中子星的中心压力达到10^28个地球海平面大气压，是地球地心压力300万个大气压的3x10^21倍，也就是30万亿亿倍；是太阳中心3000亿个大气压的3x10^16倍，也就是3亿亿倍。

在这样强大的压力下，电子简并压被压垮，以中子简并压的形式支撑着星球不垮塌。这时候，电子全部被压缩进了原子核里面，由于电子是带负电荷，质子带正电荷，电子被压缩进了原子核与质子中和成了中子，中子是不带电荷的粒子，这样整个星球就成为由中子组成的物质，这种物质的密度与原子核相当。

到此为止，虽然物质已经没有我们认知的118种元素性质了，但物质还是以一个我们可认知的形态保持着。

不管是白矮星的电子简并态，还是中子星的中子简并态，都是遵循泡利不相容原理而存在的物质。泡利不相容原理认为，费米子粒子都有相互排斥的特性，就像一群小孩子玩耍，相互都有不愿意让同伴靠近的性质，这样粒子之间就会产生一种压力，叫量子简并压。这种压力会抵抗住巨大的引力压，让物质保持一定的形态。

不同粒子之间简并压层次是不一样的，电子简并压与中子简并压抵御引力压的能力就相差甚远。当压力进一步加大时，物质就会向更高一级简并压坍缩。中子简并压的极限叫奥本海默极限，就是一个典型不旋转中子星质量达到2.06个太阳质量时，中子简并压就垮塌，无法支撑自身引力压，继续坍缩成一个黑洞。

但不旋转的中子星似乎并不存在，至少迄今并没有发现，因此对于一个旋转的中子星奥本海默极限并没有严格界限，这或许与中子星的旋转速度有关。一般认为，旋转的中子星奥本海默极限在3~3.2个太阳质量之间。

中子星就是以原子核形态存在的物质，如果整个宇宙压缩成原子核物质，那么有多大呢？

事实上，我们现在并不知道宇宙到底有多大，因为宇宙有两个视界我们无法进行观测。一个是过去视界，就是宇宙大爆炸后38万年间对电磁波是不透明的，人类无法了解这部分宇宙；还有宇宙膨胀整体叠加速度很快，远超过光速，因此有一个未来视界，也就是在遥远可观测宇宙边际，那里的星光永远也不会传到我们这里，人类也无法知晓这一块宇宙有多大。

现在科学界从理论上得出宇宙的可观测半径大约有465亿光年，我们只能够来计算一下这部分宇宙有多大。如果把这部分宇宙比喻为一个虚空的原子，现在把它压缩成一个原子核，那么就是直径缩小10万倍，也就是半径46.5万光年。

这种简单算法似乎不能满足一些人的要求，因为它们要的是电子挤在原子核一起的效果。

实际上，宇宙质量也没有确切的数据，我们只能估算一下。我们银河系质量约2000亿个太阳质量，这样就约为4x10^41kg。宇宙中大致存在1万亿~10万亿个星系，如果按照平均1万亿个银河系计算，质量约为4x10^53kg。

中子星的密度相当于原子核的密度，约1亿~20亿吨/cm^3。我们现在按照中子星密度来计算，将密度折中一下，按10亿吨/cm^3来计算，可以得出宇宙体积为4x10^41cm^3，折合成立方公里，就是4x10^26km^3。

如果这些体积是一个球，那就是约4.57亿千米半径的一个球。

两种算法得出的结果天壤之别，这是因为一种是把虚空缩小来计算，另一种是把所有的物质集中起来压缩计算，得出的结果当然完全不一样。

如果宇宙是10亿个星系，则宇宙总质量为4x10^54kg，压缩成中子星就是一个9.85亿千米的球。

但这只是宇宙可见物质的质量。现代研究认为，宇宙可见物质质量只占4.9%，暗物质和暗能量占有宇宙总量的95.1%，这样我们的宇宙质量就加大了约19.2倍。如果还按照1万亿个星系计算，把这部分质量加进去，宇宙总质量就有7.68x10^54kg，这个球半径就有约12.2亿千米。

一个465亿光年半径的可观测宇宙，压缩成中子星只有10亿千米左右的一个球。在太阳系，木星到太阳平均距离约7.78万千米，土星到太阳平均距离约14.3亿千米，也就是说，这个被压缩的宇宙只有太阳系木星轨道左右大小。

而距离我们不到1万光年的盾牌座uy，是一颗演化到末期的红超巨星，这颗恒星的半径就有约12亿千米，把暗物质暗能量都算上的宇宙压缩成中子星大致就是盾牌座uy这么大了。

当然这种球是不可能真正存在的，这里只是一个游戏而已，原因就不解释了。

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