脈衝星是旋轉的中子星，因發出週期性的電磁脈衝而得名，發現於冷戰時期的1967年。脈衝星直徑大多在10千米左右，自轉速度極快，旋轉一圈僅耗時幾毫秒，而地球自轉一週則需要24小時。因為快速的旋轉，脈衝星擁有超強的磁場，平均磁場強度至少為幾千萬特斯拉。強大的磁場將脈衝星的輻射也封閉了起來，只能從兩個磁極發射出去。脈衝星的電磁脈衝就是這麼產生的。

上圖為脈衝星（高速旋轉的中子星）結構簡圖

脈衝星的密度確實高達10億噸每立方厘米。脈衝星上一湯勺的物質，其重量就比地球上的一座山峰還要重。不相信的可以動手算一算，地球表層岩石的平均密度大約為2。7克每立方厘米。

脈衝星是中子星，那麼就來聊一聊中子星

中子星是大質量恆星衰老後演變而成的產物，是除黑洞外宇宙中密度最大的天體，已被天文觀測證實。

根據恆星演化理論，恆星渡過其主序星階段進入生命的末期，就會轉變成其它型別的天體。當老年恆星的質量為太陽質量的8~25倍時，恆星在重力的作用下會發生超新星爆發（宇宙間一種極其猛烈的天體爆炸），恆星的外殼物質被拋射進宇宙空間（損失80%以上的質量），裸露出來的核心就形成了中子星。如果恆星的初始質量小於8倍太陽質量，最終只能形成白矮星；初始質量大於25～30倍，會不可避免的形成黑洞。不過科學家還提出了一種名為夸克星的天體，它的密度介於中子星和黑洞之間，目前還未證實是否存在。

由於大量物質聚集在極小的空間範圍內，中子星的密度極大，理論上的密度大約在1~20億噸每立方厘米之間。中子星的質量最大不超過三倍太陽質量，最小不低於1。5倍太陽質量。這麼大量的質量集中在半徑僅10~30千米的天體上，這意味著中子星表面的重力極強，表面重力加速度也極大。在高壓作用下，中子星的表面溫度高達上千萬度，比太陽核心處的溫度還高，中子星核心處的溫度更是高達幾十億度。

超強的重力創造了宇宙間的奇蹟。地球的半徑6000多千米，在地球重力的限制下，地球上最高的山峰不會超過2萬米。如果地球能變為中子星，那麼地球的直徑將縮小至20多米。換算一下，那麼中子星表面的山峰或者說凸起最多不超過10釐米。中子星表面的逃逸速度為1～15萬千米每秒，大部分物體的運動速度很難達到這麼高。除了光，掉到中子星上面的物質基本上就出不來了。如果你從中子星表面1米高的地方掉下去，所產生的撞擊能量比地球上所有核武器爆炸的總能量還要大的多。

上圖為中子星假想圖

對於會發出脈衝的中子星，據科學家估計，其在一秒鐘所釋放的能量換算成電能，就能夠讓現有能量消耗水平的人類使用幾十億年。

關於中子星（脈衝星）的超高密度，需要從原子世界說起

壓縮一團棉花尚且不易，終究大力出奇跡。對於人類來說，體積龐大的地球壓縮成直徑20多米的小天體，那麼地球上的人類基本上看不到了。對於普通大眾來說，這是難以想象的。

下面就讓我們來聊一聊，為什麼物質擁有如此高的可壓縮性？

宇宙間可以看到的物質幾乎都是由原子構成的。原子由原子核和核外電子構成，原子核中又包含質子和中子，其中質子帶正電、中子不帶電、電子帶負電。質子和中子是靠強核力束縛在一起的，電子是靠電磁力與原子核結合在一起的。質子和中子的靜止質量相近、大小相近，原子核的質量又佔原子總質量的99%以上。其實，原子核的密度與中子星的密度很相近。有興趣的話，大家可以用氫原子核（質子）來算一下。

而原子核又相當小，原子核的直徑（10^-15～10^-14米數量級）僅為原子直徑（10^-10米數量級）的十萬分之一。如果原子有足球場那麼大，那麼原子核比足球場中的螞蟻還小，體積和質量都非常小的電子就在這麼大的空間中自由翱翔。這麼大的空間範圍，自然存在可壓縮性。至於壓縮它需要多大的力量，則是下面要討論的問題。

通常的理解是電子繞著原子核運轉，異性電荷相吸，按理說電子應該掉進原子核，而阻止這一行為的力量便是量子力學中的泡利不相容原理。質子、中子、電子都屬於費米子，它們都必須遵守泡利不相容原理。此外，這些微觀粒子還具有不確定性。也就是說，電子並不像行星繞恆星那樣運轉，而是按機率隨機分佈。這意味著，電子有機率出現在原子核中。比如，質子在一定機率下就可以俘獲核外電子，轉變為中子。

上圖為電子雲模型示意圖

當費米子相互靠近時，一種基於泡利不相容原理的斥力會阻止這種行為，這種力量被稱之為簡併壓力。想要壓縮原子，就必須要克服這種力量。

首當其衝，當引力足夠強大時，此時電子的活動範圍受到了很大的限制，原子的大小被壓縮了，但還不足以和原子核中的質子結合。由核外電子形成的簡併壓力承受住了這種力量，電子殼層還未破碎，阻止了白矮星進一步坍縮成為中子星。這種狀態被稱之為電子簡併態，白矮星上的物質就處於這種狀態。引力和質量有關，白矮星的質量上限被稱之為錢德拉賽卡極限，恆星坍縮時剩餘的質量不超過太陽質量的1。44倍。

上圖為白矮星

當引力繼續增強，電子被壓縮排原子核，並與原子核內的質子結合成為中子。此時，中子簡併壓阻止了物質繼續坍縮，物質處於中止簡併態，而中子星的質量上限則被稱之為奧本海默極限（3倍太陽質量）。如果中子簡併壓被突破，那麼物質將會繼續坍縮，最終形成黑洞，成為一個體積無限小密度無限大的奇點。

上圖為正在吞噬恆星的黑洞

中子星就如同一個體積巨大的原子核，並且完全是由中子構成的原子核。通常中子必須要待在原子核中才能保持穩定。自由中子只有15分鐘的壽命，會自發地衰變為質子。中子星這種怪胎的存在，完全是引力的傑作。

可見，在弱引力場下根本不可能存在密度像中子星這樣高的宏觀物質。那麼，用湯勺從中子星上取一小塊物質的願望就實現不了。中子星上的物質一旦離開中子星，就會釋放出巨大的能量，並轉變為普通物質。中子星上的物質取不走，也許我們可以將中子星打包帶走。在一些科幻小說裡，中子星就被外星人當做武器。如果一顆中子星出現在太陽系，那對於整個太陽系來說都是滅頂之災。

好了，這就是中子星（脈衝星）擁有超高密度的原因。