中子星是超大質量恆星在演化末期形成的一種高密度星體，密度在每立方厘米8000噸至20億噸之間。這意味着，如果你能從中子星上取一湯匙物質，它的質量比地球上一座山峯的質量還高。

中子星上的物質只是密度極大，而這種高密度物質是在超強的引力作用下形成的，在普通環境下很難創造這種物質。中子星上這種高密度物質不是由未知元素構成的，是由中子構成的。

什麼是元素？

地球上的物質都是由原子構成的，原子由質子、中子和核外電子構成，其中質子和中子會結合成原子核。而我們就是以原子核中質子的數量來判定原子的種類的，不同的質子數對應着不同的元素類型。比如氫元素，它的原子核中就只含有一個質子。原子核中的中子數雖然不固定，但是也有規律可循。

具有相同核內質子數或者核電荷數的一類原子被稱作元素。由於核內中子數不同，同一類元素往往擁有好幾種核素，比如氫元素就擁有氕氘氚三種核素，通常所說的氫就是指氕。同一元素下不同種類的核素互爲同位素，氘和氚就是氫的同位素。

1869年，門捷列夫等科學家發現了元素週期律，並據此發明了元素週期表。整個元素週期表上共計118種元素，自然界中天然穩定存在的元素有90來種。其餘的20多種元素由於具有放射性，在自然界中的丰度較低，都是通過核反應人工合成的。原子序數在82（鉛）之後的元素大多具有放射性，而原子序數在92（鈾）之後的元素都是人工合成的，這些元素由於半衰期較短，只能存在很短的時間，然後就會衰變（衰變是指放射性元素放射出粒子，轉變成另一種元素的過程）成其它元素。其實很多穩定的元素也擁有放射性同位素。

根據科學觀測，宇宙中丰度最高的元素是氫和氦，它們佔據宇宙中元素總量的90%以上。早期宇宙中基本上只有氫元素，元素週期表中的鐵及之前的20多種元素基本上都是在恆星內部用核聚變的方式創造的，其餘比鐵的元素基本上只能在恆星死亡的爆炸過程中形成。

中子星上的物質處於中子態，並不是未知元素

世界上並非所有物質都是由原子構成的。中子星是宇宙中一類緻密的天體，它不是由原子構成的，而是由中子直接構成的。既然不存在原子結構，也就沒有元素概念了。

中子星是已知的密度僅次於黑洞的天體，半徑通常在10~30公里左右。理論上還存在一種密度介於它們之間的夸克星。對於中子星，通常質量越大、引力越強，中子與中子間就結合的更緊密，半徑也就越小。不過，中子星的質量存在上限和下限。當老年恆星的質量介於8～25倍太陽質量之間，該恆星在生命歷程的最後階段會以“超新星爆發”這種猛烈爆炸的形式結束一生，爆炸後餘下的核心便是中子星。只有在這種極端條件下，纔會形成中子星。在強大的壓力下，原子核緊緊地挨在一起，中子星上的物質已經不能保持原子結構，這種狀態下的物質被稱作中子態。

下圖爲中子星的推測結構

說到中子星，就不得不說它的超高密度，中子星上一塊方塊糖大小的物質就能輕鬆壓死你。地球的半徑爲6371千米，如果地球的密度變得和中子星一樣，它的半徑將變爲22米，體積足足縮小了上千萬倍。如此看來，中子星的密度和原子核的密度相當。

物質爲何能具有如此高的密度？

在由這100多種元素組成的物質中，密度最高的物質是金屬鋨，密度爲22.6克每立方厘米。金屬鋨是一種穩定的物質，元素週期表末尾的一些放射性元素構成的單質在理論上的密度比它更高，耐何存在時間極短，有的不到1秒就衰變了。

其實，不管是什麼物質，只要不斷施壓，密度都將變高。普通的物質只有在極強的壓力作用下，纔會變成中子態物質。此時已經不存在元素這個概念了。物質的密度之所以會變得如此之高，是因爲原子具有可壓縮性。原子內部擁有極其廣闊的空間，原子的半徑大約是原子核的半徑的10萬~100萬倍，電子本身也非常小，而且原子核的質量佔原子總質量的99%。

下圖爲原子世界的尺度

物質很難被壓縮，是因爲存在反抗壓縮的這種力。物質通常是由原子構成的，構成原子的這些粒子都具有半奇數（如：1/2）自旋，被統稱爲費米子。原子核帶正電，核外電子帶負電，正好異性相吸。電子之所以沒有掉進原子核，與量子力學中的泡利不相容原理有關，即在同一個量子態上不能有兩個及以上的費米子。當電子受到壓迫互相靠近時，除了庫侖斥力，還有因泡利原理產生的抵抗力，這種抵抗壓縮的力被稱作電子簡併壓力。這種簡併壓力你可以理解爲由電子的熱運動而產生的電子氣壓。

普通物質要想變成中子態，就需要克服這種簡併壓力。如此強的壓力通常只存在於極端環境下。在原子結構沒有破碎之前，施加極高的壓力能夠形成超固態物質，白矮星上的物質就處於超固態；繼續施加壓力，原子外的電子被壓進原子核，然後與核內質子結合形成中子，中子態物質就這樣誕生了。而要形成黑洞，就要克服中子簡併壓力。在這種情況下，那還有什麼元素之分。

宇宙中還存在未知元素嗎？

自從元素週期表誕生，就加快了人類尋找和創造新元素的步伐。算上自然存在的和人工製造的，目前已經發現了118種元素。宇宙中還存在未知的元素嗎？元素週期表的盡頭在哪裏？這些問題，目前科學家們也沒有明確的答案。

元素的種類肯定是有限的，因爲原子序數越往上，元素就變得越來越不穩定了。如果還存在第119號元素，那麼它必然是放射性元素，而且半衰期極短，很不穩定。比如第118號元素，它的存在時間就不到1毫秒。

下圖爲鈾238的衰變過程

自然界中有4種基本力（見下圖），原子中的電子和原子核依靠電磁力進行粘合，而原子核中的質子和中子則依靠強力進行粘合。電磁力屬於長程力，力的作用效果可以疊加，力的強度只會隨着距離的增長而變弱。強力則不同，只能作用於10^-15米這個數量級的距離範圍之內，靠得太近或者太遠，力的作用效果幾乎消失。因此，強核力只能束縛有限個質子。原子核中的質子都帶正電，同性相斥。當質子數量過多，庫倫斥力太強會造成原子核不穩定，從而產生阿爾法衰變。而中子不帶電，就起到了一個增強強核力、穩定原子核的作用。但是當中子過多，也會存在貝塔衰變。正是這些條件，限制了元素的數量。

根據核子物理的一個推測——穩定島理論，當原子核中的質子或中子爲某個特定數值時，原子核就特別穩定，這一數值被稱之爲幻數。幻數是原子核殼成結構的反映。如果這個推測正確，那麼某些超鈾元素的同位素將比其它同位素更穩定。根據這一理論，科學家們預測元素週期表總共有126種元素。

後來，科學家結合了量子力學和狹義相對論，推出元素週期表總共有172種元素。但究竟有多少種，只能等實驗驗證了。

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