要説哪種物體最光滑?我們一般都會想到玻璃、玉石、金屬表面等,光滑意味着物體的表面起伏小,質地足夠細膩。但實際上我們常見的光滑物體,如果將其表面用顯微鏡放大來看的話,都會有很多高低不平的起伏,而且起伏要超越分子級,用納米的尺度來看,鏡子的表面也是如同山脈般起伏不平的。
現階段人類能製造的最為光滑的物體,應該是相機的感光元件(大多為硅晶體),其對錶面的光滑度要求非常高,不然就無法很好成像,不過石墨烯材料理論上要比感光元件使用的硅晶體更加光滑,因為石墨烯通常都是單層的原子層面,所以其起伏理論上不會超過一個原子直徑。
而從物理學上來説,密度越大的物質的表面越光滑,因為其分子和原子更緊湊,其形成的平面的起伏度可以越低,那麼這樣的物質也就更光滑了!
説到密度大的物質,我們都會想到白矮星和中子星,白矮星每立方厘米的物質在100公斤到兩噸之間,但是中子星物質每立方厘米的質量在8,000萬到20億噸之間。
白矮星(內核是碳球)
白矮星是在自身強大的壓力之下。原子外圍的電子無法正常存在,便成為自由電子流動於白矮星的物質之間,所以白矮星就是個巨型的等離子體。而中子星由於自身更大的壓力,電子連自由流動都無法進行,因為被壓進了質子之中,形成了中子,整個中子星就是由無數的中子形成的。
相對而言,中子星的表面要更加光滑,因為中子星上物質的密度已經突破了原子的界限,深入到了原子核的層級上。
打個比方,如果把地球比作一個氫原子,外圍的電子大概相當於籃球那麼大,內部的質子則像一座樓房那麼大,外圍的電子就在這座樓房的6300公里外運行,看起來就是一個地球般大的氫原子球。如果一個物體的表面只有原子層級的起伏,其最小的差別,也就類似於一個氫原子球的差別。
但是在中子星上,這種層級的差別被打破了,其尺度已經縮小到了原子核的質子和中子差別上,由於引力的各向同性,那麼理論上講,中子星表面的起伏只有一箇中子的差別,這就相當於把地球大的原子中籃球大小的電子壓縮到了內部樓房大小的質子裏面,表面的起伏也就從地球般大小縮小到了樓房般大小。
不過實際上由於中子星的星震等內部活動等原因,中子星的表面的起伏遠大於中子的級別,同緯度上最大的起伏可能會有幾釐米。
但是宇宙間實際上還有一種星體要比中子星的表面更加光滑,那就是夸克星了,夸克星的自身壓力比中子星更大,所以密度也比中子星更大,這種星體已經將所有的中子壓成了一顆中子,所以它也是宇宙中最大的單一中子球,一般認為它的體積比中子星略小,直徑或小於8公里,但是它的質量也比太陽還大,通常在太陽質量的3倍以上。
在這種星體的表面,光滑度已經小於中子的直徑,我們也可以説它是宇宙間最為光滑的物質,但是我們卻無法用手觸碰它,因為夸克星巨大的引力會讓任何靠近它的物質都成為它的一部分,所以無論是人還是宇宙飛船,如果到達夸克星的表面,都將會成為這個巨型中子球的一部分。
理論上講黑洞核心的物質密度要更大,但是我們並不知道黑洞的內部到底是什麼情況,是不是有實體表面,所以無法定義黑洞的情況。
很多看過劉慈欣《三體》小説的朋友都知道,其中講到三體文明與人類文明發動戰爭的時候,曾經向地球發射了一顆被叫做“水滴”的物體,這個物體的表面極其光滑,科學家用儀器觀察時,將其表面放大很多倍都沒有看清到底是什麼物質構成的,很多讀者認為就是一種類似中子星的極其緻密的物質製造的,或可以將其稱作強相互作用力的物質,但是水滴的質量並不大,書中稱其與如同一輛卡車,這説明其外殼的強相互作用力物質非常薄,而如果假設它是中子星物質的話,那它並沒有夸克星的表面更為光滑。
而在現有的物理理論下,這種物質無法以極少的份量存在於中子星之外的地方,不然會因為貝塔衰變而發生爆炸。當然、《三體》中的水滴屬於科幻想象中的物體,可以假設三體文明的科技可以控制中子的貝塔衰變,無法對其組成物質進行具體定義!