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世界上最硬的物质有多硬?

世界上的物质千千万,但都有一个共性,就是有软硬之分。面包比较软,石头就比较硬。我们用牙齿能够很轻松地咬碎面包,但却很难咬碎石头,比较硬的物体最明显的表现就是不容易产生形变。

为了确定不同物质的软硬程度,物理学家们用硬度来表示。硬度是各类材料的力学性能指标之一。当然,只有固体才有硬度,气体和液体是没有硬度的。比如液态水就没有硬度,当它结成冰时就有硬度了。一般用固体对外界物体入侵的局部抵抗能力来确定硬度大小。

由于对硬度测试的标准不同,国际上有很多种硬度指标,有莫氏硬度(划痕硬度)、布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、显微硬度等十余种。

常言道,过刚易折。硬度比较高的物体,通常韧性比较低,脆性大。比如钻石和玻璃虽然硬度很高,但却很容易碎。

已知地球上最硬的金属是铬,化学符号Cr,在元素周期表中的原子序数为24。铬的化合物都有颜色,而单质为钢灰色金属。铬主要存在于铬铅矿中,在自然界中极少以游离状态存在。

在常温条件下,最硬的合金则是钨钢,这种材料通常被用来制作钻头等切削工具。

自然界中最硬的物质则是碳的同素异形体,也就是钻石,或者叫金刚石,它比上面的说到的物体都要硬。它是地球上天然存在的最硬的物质。钻石拥有非常稳定的晶体构造,所以非常坚硬。

同素异形体均由同一种化学元素组成,只是分子或者原子的排列方式不同。除了钻石,碳的同素异形体还有石墨、石墨烯等。

正是因为它的硬度比自然界中大多数物质的硬度都要高,所以可以被用来制作成切割工具,可以轻松划开玻璃这类硬度很高的物体。

在人造材料中,比钻石、铬、钨钢还硬的物质有很多,比如氮化碳、石墨烯、碳炔,这些超硬的物质通常并不天然存在于自然界中。氮化碳和钻石的硬度旗鼓相当。石墨烯,大家都很熟悉,它的硬度比钻石还硬。

碳炔则是近些年新发明的人造材料,是地球上已知最硬的材料。它由碳原子聚集形成链,再连接在一起所形成的材料,硬度是石墨烯的2倍。不过,这种材料的化学结构不稳定,目前还只能在实验室中小批量制作,能否拥有实用性,还很难说。

不管是天然存在的还是人造的,上面说的这些物质都是地球上最硬的,而在广袤无垠的宇宙中还存在远超我们想象的超硬物质。

根据定义,物体抵抗外物侵入的能力越强,它的硬度也就越高。那么,在宇宙中最硬的物质应该存在于中子星上。

对于一个物体,不管它由哪些元素构成,当它被不断地压缩再压缩,密度就会大得惊人。物体之所以能够被压缩,就是因为看似密实的物体内部实际上存在很多空隙。在超强的压力作用下,不仅物质的分子结构能被破坏掉,连原子结构也会被破坏,最终核外电子被挤压进原子核内部,与原子核内的质子结合形成中子。当物质处于这种状态时,就被称作中子态。

中子星作为宇宙中已知密度第二大的天体,每立方厘米的质量高达10亿吨,仅次于黑洞。有的人可能对此不理解,这么说吧,原子核也是这个密度大小。中子星就像一个巨大的由中子构成的原子核。

当物质处于超高密度状态时,构成该物质的粒子之间的间隙变得非常小,很难再被压缩,好似理想状态下的刚体,极不容易发生形变,所以硬度也会变得非常高。那么中子星内部就拥有宇宙中硬度最高的物质。

之所以不讨论黑洞中的物质,是因为科学家们目前对此基本上一无所知,黑洞中应该不存在我们所认知的物质形态了,所以硬度并不适用于黑洞中的物质。

中子星由大质量恒星在生命末期演化而来,是在超强压力作用下形成,而这个压力就来源于自身的重力。所以,中子星上的材料硬度虽高,却没办法拿出来用,一旦一小部分处于中子态的物质脱离中子星,它的结构就会瞬间失衡,发生猛烈的爆炸。

当然,就算硬如中子星,在绝对实力面前,也会服软。