走进不科学 第1406章

　　虽然这个方程对于极端致密天体的物态并不是非常的清楚，某种意义上来说甚至属于待解决的重大物理问题之一，计算出大致区间还是不难的。

　　好比后世有一种根据脚长反推身高的公式，这公式准吧还真未必准，但是计算出来的身高区间多少都还符合【人类】的定义——至少不会给你算出个身高三米的巨人……

　　加之徐云他们还在元强子模型中加入了原子核结合能半经验公式，因此杨振宁很快将大致数据推导了出来。

　　不过在即将写下最终得数的时候，杨振宁的笔尖忽然一顿，整个人轻咦了一声：

　　“唔？”

　　只见他再次将算纸拉到了最开始的地方，然后重新的核算了起来。

　　十分钟后。

　　杨振宁的眉头拧得愈发紧凑了，只见他重新拿起话筒，问道：

　　“小徐，根据转动惯量推导……在角动量守恒的基础上，高速旋转的脉冲星周期只有6秒左右？”

　　徐云嗯了一声：

　　“没错。”

　　吧嗒——

　　话筒对面清晰的传来了一道东西落地的声音，不出意外的话应该是杨振宁手中的圆珠笔。

　　与此同时。

　　话筒对面的杨振宁亦是陷入了长久的沉默。

　　见此情形。

　　徐云很是理解的叹了口气。

　　当年的奥本海默虽然和沃尔科夫搞出了TOV极限，但他们估计的中子星质量上限只有太阳的0.7倍左右。

　　而实际上根据后世的观测结果显示，他们所用的状态方程对中子星而言并不理想，出入偏差是很大的。

　　因为……

　　中子星的结构远远没有那么简单，甚至比徐云向杨振宁介绍的都要复杂很多倍。

　　就像地球外有一层大气一样，中子星最外层也有一层很薄的“大气“。

　　它主要是由一些轻核，比如氢核，氦核，碳核组成。

　　然后往内走就是中子星的外壳层，它们密度横跨七个数量级，主要由处于化学平衡的质子，中子和电子（注意到电子开始出现，并将提供巨大的费米压强，这将决定了随着密度增大中子星成分的变化）组成。

　　更确切的说。

　　外壳层的顶端还是由原子核和电子组成，不过随着深度的增加，密度不断增大，电子费米能也不断增大，从而更大电荷数的核也不断增加。

　　从最表面的铁56核，一直到元素周期表的尽头——铁核是核素图上单位核子束缚能最大的核，但是随着密度增大，它不足以提供足够的库伦能约束电子

　　最终，由核对称能来和电子的费米能竞争。

　　再往里面走是中子星的内壳层，原子核中过大的中子占比将造成核的不稳定。

　　它们会相互配对，形成超流相的中子气来试图降低能量。

　　接下来是中子星的外核了，这是中子星绝大部分的质量来源和半径所覆盖的区域，核物理中的对称能在此决定了其中可能的组分。

　　这个壳层的密度达到了核物质密度，形成了紧致的均匀中子系统——可能这个才是最符合公众对于中子星的认知的壳层。

　　这时候壳层的组成还多了缪子，因为电子的费米能不断增大，甚至达到了缪子的静止质量。

　　然后就是内核，物理界预期会出现带有s夸克的超子（和缪子出现的原因类似），这中间有著名的超子疑难的问题。

　　除此之外，pi介子和k介子的集体激发会破坏空间宇称，还可能出现介子凝聚等等……

　　后世关于高速旋转的中子星……也就是脉冲星还有着所谓的灯塔模型，不过这玩意儿目前似乎也有推导重来的风险。

　　当时徐云还基于脉冲星的某些性质写了个新书开头，想着下本书发布来着。

　　结果没想到一年不到使用的理论就快废了，只能说现代理论成果的更新速度确实有点儿快……

　　总而言之。

　　后世对于中子星都了解甚少，更别说如今这个时期的物理学家了。

　　即便是杨振宁这样的大佬，面对这些概念也显得有些无力。

　　因此徐云在和杨振宁的交谈过程中很多话都是收着说的，比如脉冲星的各类参数。

　　后世兔子们的黔省FAST天眼已经探测到了超过800颗，有时一天几个，有时几天一个。（这里推荐一下FAST的官网）

　　目前观测到最慢的脉冲星周期大概是10秒自转一次，已知最快的脉冲星转速每秒716圈，表面的线速度达到光速的四分之一，编号PSRJ1748－2446ad。

　　在不自爆身份的情况下。

　　徐云敢把这个数字说给杨振宁听，这位大佬不以为徐云有精神病都算是心态好的了。

　　过了足足有三四分钟吧。

　　杨振宁方才重新拿起电话，对徐云问道：

　　“……小徐，就算你说的脉冲星真的存在，那么它和引力波探测又有什么关系？”

　　徐云闻言暗赞了一声不愧是大佬，在这种情况下都能抓住问题的关键——徐云引出脉冲星的目的，可是为了原初引力波来着。

　　如果脉冲星和原初引力波无关，那么它转的再快也没有意义。

　　于是徐云组织了一番语言，继续说道：

　　“杨先生，您应该知道，根据奥本海默归纳出来的中子星模型，脉冲星会发射很强的双极辐射。”

　　“假设——我是说假设啊，假设脉冲星的自转轴和磁轴有一定的偏角，那会发生什么事？”

　　“偏角？”

　　杨振宁眨了眨眼，思索着说道：

　　“如果自转轴和磁轴有偏角存在，那么当脉冲星磁轴扫过地球的时候，我们就会接受到一个脉冲信号。”

　　“而两次脉冲信号的间隔，就等于自转周期……咦，等等！”

　　只见杨振宁的声音骤然拔高了几分：

　　“小徐，你的意思莫非是……”

　　“如果我们能找到自转周期是毫秒级别的脉冲星，就可以根据自转周期的变化，去探测原初引力波？”

　　啪！

　　徐云闻言隔空打了个响指，脸上的表情显得很灿烂：

　　“没错！”

　　早先提及过。

　　如果单纯依靠科技设备，想要探测到原初引力波最少都需要架起比柯伊伯带还大的探测器。

　　这对于现如今的人类科技水平而言显然是不可能的，不过后世的物理学家却在宇宙中找到了一个天然的引力波探测器。

　　那就是……脉冲星。

　　脉冲星除了转速高之外，更重要的是它的磁场强度也很高。

　　磁场的衡量单位叫“高斯”，字母表示为Gs。

　　地球磁场为0.7Gs，就足以抵挡太阳风的侵袭；

　　木星磁场达到14Gs，是地球的20倍；

　　太阳磁场极区普遍磁场很低，只有1Gs，但太阳磁场活动性很大，两极喷发时可达1000Gs，日面宁静区磁节点磁场强度也达到上千Gs，黑子爆发磁场可达4000Gs。

　　这些看起来已经很强的磁场，与中子星磁场比起来完全是小儿科了：

　　中子星的磁场强度至少在数千亿Gs以上，绝大多数脉冲星表面极区磁场强度都高于10000亿Gs，甚至高达20万亿Gs。

　　超高强度的磁场可以为辐射束提供极强的动力，同时从磁极在各个方向中炸出——这些磁极并不总是与脉冲星的旋转轴对齐，就像地球的南北磁极不与我们星球的旋转轴对齐一样。

　　在这种情况下。

　　毫秒脉冲星就像具有稳定周期的太空灯塔，当它扫过地球的时候，我们就在射电波段探测到一个脉冲。

　　我们可以把脉冲到达的时间准确地记录下来，这类脉冲到达时间之间的间隔理论上是恒定不变的，但实际上这些间隔会有极其细微的变化。

　　导致这些变化有很多因素，已知的就有地球的运动，太阳系天体导致的引力红移，星际介质的变化等等。

　　物理学家把这些因素包括到我们的模型中，去拟合观测得到的脉冲到达时间，模型预言和实际观测之间的差别称为计时残差。

　　计时残差就蕴含着没有包括到模型里的物理现象，例如……原初引力波。

　　引力波导致的脉冲到达时间变化有两个显著的特征：一是相干性，二是四级性。

　　所谓相干性，指的就是引力波会对所有阵列中的所有脉冲星同步产生影响，而有些效应——如脉冲星星震只会对单个脉冲星的计时产生影响，不同脉冲星之间的星震是没有任何关联的。

　　四极性则是指引力波的效应在旋转180°的方向上是相同的，在旋转90°和270°的方向上则是相反的。

　　定性地说。

　　对于两颗脉冲星，如果它们的相对地球的夹角是0°或180°，它们的计时残差应该是正相关的，反之如果它们的相对地球的夹角是90°，它们的计时残差应该是反相关的。

　　通过仔细的计算，可以得到相关性随夹角的变化，就是著名的Heiling－Down曲线。

　　而其它能导致相干性的因素很难具有四极性，因此如果能发现不同脉冲星计时残差间的相关满足Heiling－Down曲线，就能说明探测到了宇宙中的引力波背景。

　　后世这类【脉冲星探测器】还有个名字，叫做脉冲星计时阵。

　　兔子们的天眼FAST，就靠着脉冲星计时阵发现了纳赫兹引力波存在的证据。

　　顺带一提。

　　目前引力波这块最前沿的成果是已经发现了标量横向极化引力波，这和广相是有点偏离的——爱因斯坦的广义相对论中预言引力波只有张量极化模式。

　　当然了。

　　如果就此说广相是错误的或者引力子存在，那倒也有点为时尚早，不过目前这方面还是挺令人期待的。

　　视线再回归现实。

　　“脉冲星……”

　　随后杨振宁仔细思考了一会儿徐云所说的这个思路，发现它确实能够解决自己面临的一大难题。

　　诚然。

　　如果只依靠脉冲星计时阵，那么可以探测到的引力波频率也相对有限。