中子星物质已经不能用元素解释，那么黑洞里面的物质是什么？

黑洞，是宇宙中最神秘最诡异的天体。

当我们谈及黑洞的密度无限大时，实际上指的是黑洞中心的奇点。如今，人们对黑洞的认知通常将黑洞的史瓦西半径涵盖在内。

黑洞的奇点体积无穷小，与之相对的是，史瓦西半径却具有一定的尺度，并且这个半径与黑洞的质量成正比关系，质量越大，史瓦西半径也就越大。

其计算公式为：R = 2GM/C² 。在这个公式里，R 代表史瓦西半径，G 是引力常数，数值为 6.67x10^-11N・m²/kg² ，M 表示黑洞的质量，C 则是光速。

然而，黑洞的所有质量都集中于奇点之上。由于奇点的体积无限小，小到超出了我们人类现有的认知范畴。

哪怕一个黑洞的质量仅有 1 克，因其体积无限小而无法准确测算密度，从这个意义上来说，它的密度也是无限大的。在如此极端微小的体积中，我们所熟知的任何元素都难以存在。毕竟，我们认知中的物质以及元素，都是由原子构成的。

人类目前能够认知的最小尺度是普朗克尺度，其大小为 1.6×10^-35 米。

作为对比，电子的直径约为 10^-15 米，普朗克尺度相较于电子直径，足足小了 20 个数量级，也就是小了 1 万亿亿倍。根据量子力学的观点，小于普朗克尺度的世界对于我们当前所处的世界而言，不具备任何实际意义。

而黑洞的奇点比普朗克尺度还要小得多，小到难以想象的程度。并且，黑洞的全部质量都集中于这个奇点之中，这样的物质状态，以现有的任何理论都难以进行准确描述。

事实上，当物质发展到白矮星阶段，其构成就已经不再是我们所熟悉的常规元素了。

白矮星被认为是太阳这类恒星的最终归宿。

一般而言，质量在 0.5 倍至 8 倍太阳质量之间的恒星，在走向死亡后，会留下一颗白矮星，因此可以说白矮星是这类恒星的残骸。

白矮星上的物质呈现出极高的致密状态，原子被强大的压力压扁甚至压破，部分核外电子脱离原子束缚，成为自由电子，但原子的基本形态仍大致得以保留。

此时，物质依靠电子简并压来支撑引力所产生的压力，故而这种物质状态又被称作电子简并态物质。那么，什么是电子简并压呢？

根据泡利不相容原理，在由费米子组成的系统中，不可能存在两个或两个以上的粒子处于完全相同的状态。基于此，电子之间会形成一种相互排斥的压差，正是这种压差支撑着物质不至于继续坍缩。

白矮星物质的密度极高，每立方厘米可达 1 至 10 吨，显然，这已经不再是我们所熟知的任何一种元素。这类由致密物质构成的星球，其引力极其强大，一旦有其他天体，诸如恒星、行星或者星际物质靠近，都会被它强大的引力拉扯、撕碎并吞噬。

随着白矮星持续不断地吞噬周边天体物质，也就是发生吸积现象，当其质量达到钱德拉塞卡极限，即太阳质量的 1.44 倍时，电子简并压将无法承受自身巨大的压力，于是物质会继续坍缩。

在这个过程中，会引发剧烈的碳、氧核聚变反应，热失控最终导致 la 超新星爆发。而白矮星爆发的结果，很有可能诞生一颗中子星。所以，钱德拉塞卡极限既是白矮星质量的上限，同时也是中子星质量的下限。

中子星所承受的压力更为巨大，原子在这种压力下被彻底压垮压碎，电子被强行压入原子核，与质子中和形成中子。

如此一来，整个星球就如同一个巨大的中子核。中子星的体积非常小，质量在 1.44 倍太阳质量以上的中子星，半径仅有 10 公里左右。因此，其物质的致密程度达到了令人惊叹的地步，密度高达每立方厘米 10 亿吨左右。这样的物质，显然已经不能再用我们所认知的常规元素概念来界定了。

中子星依靠中子简并压来支撑巨大的引力压力，但存在一个奥本海默极限，当质量达到约 3 个太阳质量时，中子简并压也将无法承受，天体必然会坍缩成一个黑洞。

不过，恒星形成中子星或黑洞并非一定要按照白矮星 - 中子星 - 黑洞这样的顺序逐步转变。如果恒星质量足够巨大，在其演化的晚期，有可能直接转变为中子星或者黑洞。大质量恒星发生超新星大爆炸时，就可能直接生成中子星或黑洞。

一般认为，质量在 8 倍以上太阳质量的恒星，在经历超新星大爆发后，会留下一颗中子星；而质量在 30 至 40 倍太阳质量以上的恒星，在大爆炸后则会形成一个黑洞。

从这些天体演化过程中我们可以发现，超新星大爆炸会将恒星的绝大部分物质通过爆发抛散到太空中，最终留下的核心部分非常小。

例如，中子星的质量一般在 3 倍太阳质量以下，而一个质量为 40 倍太阳质量的恒星，在形成黑洞后，其质量通常仅为 4 倍左右太阳质量。甚至有些特别巨大的恒星，由于其中心温度过高，会产生大量的反物质，在大爆炸后会彻底消失，什么也不会留下。

大质量恒星在演化的末期，都会经历从氢核聚变开始的一系列核聚变过程，随着核聚变的进行，元素也按照元素周期表从轻到重不断升级，每一次升级都需要更高的温度和压力。

然而，当核聚变进行到铁元素时，就遇到了无法逾越的障碍。这是因为铁元素是自然界中最为稳定的元素，无论是核裂变还是核聚变，铁元素都不会自发地产生能量并形成链式反应，相反，对铁元素进行核反应还需要消耗大量的能量。

而在恒星演化的后期，已经没有足够的能量来激发铁核聚变。于是，大质量恒星核心的核聚变进程就此停滞。

在恒星处于主序星阶段时，恒星的稳定依靠的是中心核聚变产生的辐射压来对抗恒星自身质量所产生的引力压。

一旦核聚变停止，失去了辐射压的支撑，恒星的引力压便会导致物质急剧向核心坍缩，进而引发核心崩溃，热核失控，最终释放出巨大的能量，这就是超新星爆发。

超新星爆发的结果，会根据中心留下致密天体的质量差异，形成一颗中子星或者一个黑洞。有人或许会问，超新星爆发前恒星中心的铁核去向如何？

实际上，在超新星爆发时，铁核也会被炸得粉碎。超新星爆发所释放的能量极为巨大，一颗超新星爆发所释放的能量，至少相当于太阳在其 100 亿年寿命中辐射能量的总和。

例如，2015 年发现的 ASASSN - 15lh 超新星爆发，是迄今为止人类观测到的最为强烈的超新星爆发，其瞬间亮度达到了太阳的 5700 亿倍。超新星爆发时的温度更是高得惊人，可达 100 至 1000 亿度。

在如此巨大的能量以及高温高压环境下，物质会发生极为复杂的变化。原本稳定的铁核也不例外，会在瞬间聚变成更重的元素。

在宇宙诞生的初期，宇宙中仅存在氢、氦、锂等轻元素。

正是恒星的核聚变以及超新星大爆炸，使得宇宙中的元素种类逐渐丰富起来，不过这些新产生的元素总量在宇宙物质中所占比例不到 1%。

如今，在宇宙中人类已经发现了 118 种元素，其中所有的重元素，追根溯源，都是通过恒星的核聚变以及超新星大爆炸产生的。然而，这些元素与极端天体中的物质状态相比，有着天壤之别。

在人类已知的 118 种元素中，密度最大的元素是金属锇，其密度为每立方厘米 22.8 克。与之相比，白矮星物质的密度每立方厘米可达 10 吨左右，而中子星物质的密度更是惊人，每立方厘米高达 10 亿吨！这种密度上的巨大差异，充分显示出常规元素与极端天体物质的本质区别。

刘慈欣在小说《三体》中所描述的三体人派出的 “水滴”，其密度就相当于中子星密度，因而表面光滑无比，几乎难以有一个原子能够隆起。

尽管我们目前无法直接观测到这类物质，但它们仍处于我们的理论认知范围之内。

而黑洞的奇点，其物质状态已经远远超出了中子被压碎这种程度的理解范畴，它的存在已经超脱了我们现有的时空和认知，是一种超时空的神秘存在，人类目前还难以窥探其中的奥秘。

综上所述，黑洞的构成物质已经完全超出了我们所认知的元素范畴。铁元素在超新星爆发时所产生的高温高压环境下，能够聚变成更重的元素。但需要注意的是，用 “塌缩” 来描述铁元素在这一过程中的变化并不准确。