中子星会有冷却的那一天吗？
我们不妨想象一下，中子星是如何来到这个世界上的。它们是巨大恒星生命的终结。当一颗质量远超太阳的恒星耗尽其核燃料，引力便无可阻挡地压垮了它。核心在自身重量下坍缩，引发了一场惊天动地的超新星爆发。在这场宇宙级别的“大爆炸”中，质子和电子被挤压在一起，形成了中子，以及极少量的其他粒子。由此诞生的中子星，其密度之高令人发指——一茶匙的中子星物质就可能重达数十亿吨！
就在形成的瞬间，中子星就已经拥有了高达数千亿甚至数万亿开尔文的极高温度。这股热量，是它诞生时吸收的引力势能转化而来的。想象一下你手中一个滚烫的烙铁，然后把它放大亿万倍，温度再提高亿万倍，你就大概能体会到中子星刚形成时的模样。
冷却之路：漫长而艰难
那么，这颗炽热的巨星是如何散热的呢？它主要通过两种方式：
1. 辐射冷却（主要）： 中子星表面会向外辐射能量，就像任何热物体都会发光发热一样。但由于它是一个致密的小球体（半径大约只有1020公里），表面积相对较小，辐射效率并不像恒星那样高。它释放的主要是高能粒子和伽马射线，能量密度极高。
2. 中微子辐射（早期）： 在形成后的最初几秒到几分钟内，中子星的内部温度极高，会大量产生中微子。中微子是一种非常奇特的粒子，几乎不与物质发生相互作用，所以它们可以轻易地穿过中子星厚实的外壳，逃逸到宇宙空间中带走热量。这就像在中子星内部有一个“超级散热器”，但这个散热器的作用时间很短。
冷却的渐进式下降：
“婴儿期”： 在刚形成的几分钟到几十年内，中子星的温度会迅速下降，主要是通过中微子辐射。这阶段的冷却非常显著。
“青少年期”： 几百年到几万年之后，中微子辐射几乎停止。主要的冷却方式转为表面辐射。此时的温度依然很高，远超太阳表面。
“成熟期”： 几十万年到数百万年之后，中子星的温度会下降到数百万到数千万开尔文。这仍然是一个非常高的温度，但相比于最初的温度，已经有了巨大的变化。在这个阶段，它仍然会发出X射线辐射。
为什么说“永远”无法完全冷却？
尽管中子星会不断地辐射能量而冷却，但有几个原因让它可能永远无法达到绝对零度（0开尔文）：
残余能量和内部过程： 中子星的内部并非静止不动。即使温度远低于形成时的峰值，其内部依然存在复杂的物理过程，比如超导、超流等。这些内部的量子现象可能会持续释放微弱的能量，或者影响其冷却速率。
宇宙背景的微弱影响： 宇宙本身并非绝对真空和寒冷。虽然非常微弱，但宇宙微波背景辐射（CMB）仍然存在。理论上，一个物体在极低的温度下，也会与宇宙背景发生微弱的能量交换。虽然中子星会辐射出去的能量远超从CMB吸收的，但从物理学的角度来看，“绝对零度”是一个理论上的极限。
我们对极端物质状态的认知局限： 中子星内部的物质状态是我们在地球上无法模拟的。质子、中子、以及更奇特的粒子（如果存在的话，比如夸克物质）在如此极端的压力和密度下会表现出怎样的性质，我们还在探索之中。这些未知的物理机制可能会影响到它最终的“静止”状态和温度。
时间的尺度： 中子星的冷却速度虽然快于普通恒星，但要达到一个非常低的温度（例如几千或几百开尔文），仍然需要数亿年甚至更长的时间。在如此漫长的时间尺度下，宇宙本身也在演化，可能会有其他因素介入。
冷却的终点？
我们可以合理地推测，中子星最终会冷却到一个非常非常低的温度，可能在几千开尔文左右，甚至更低。在这个温度下，它不再发出显著的X射线，变得非常暗淡，甚至可能只在特定的波段才能被我们探测到。它将不再是那个耀眼夺目的年轻天体，而是宇宙深处一个不起眼的残骸。
这个过程的漫长，让它几乎可以等同于“永远”。我们人类文明的时间尺度，与中子星的冷却时间尺度相比，渺小得如同尘埃。所以，虽然理论上它会在漫长的宇宙历史中逐渐“变冷”，但那个我们概念中的“冷却下来”的状态，很可能是在我们永远无法企及的时间之后才会到来，并且可能永远不会达到那个绝对零度的理论极限。
总而言之，中子星确实会冷却，但这是一个极其漫长、且由于其极端物理性质而可能永远无法“彻底”完成的过程。它们是宇宙中最顽固的存在之一，即使在失去了大部分炽热的能量后，依然会默默地在宇宙的黑暗中存在亿万年。
网友意见
中子星确实会冷却。冷到合适的温度，还可能孕育出生命，甚至文明。
图片来自
The Largest Neutron Star in Existence新生的中子星温度在约1千亿到1万亿度之间。令人发指的高温主要来自它的前身恒星坍缩时的重力势能（感谢
@凌晨晓骥指出）。作为恒星的残骸，中子星本身并没有补充能量的机制，反而会释放出大量的中微子，带走它的能量。这种无源之水很快就会走向干涸。在短短数年之间，它的温度就会下降到百万度左右。这时，它仍然以X射线的方式向太空释放能量，让自己的温度继续下降。
从诞生之初，中子星就带有很高的自转速度，一般在每秒钟数圈的范围内。自转能量同样来自它的前身恒星。恒星虽然转速很慢，但是在大量恒星物质收缩成中子星以后，角动量守恒原理就会大大增加自转速度。这个过程和旋转的滑冰运动员把双臂收回后，转速会提高是一个道理。
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http:// osfundamentosdafisica.blogspot.sg /2013_01_01_archive.html随着中子星高速旋转的磁场也是释放能量的渠道之一，它会逐渐降低中子星的自转速度。当中子星速度降低时，它的形状也会相应发生细微的变化——变得更接近球形。在形状变化时，坚硬的中子星外壳会破裂变形，造成类似地震的星震。
中子星上面可能孕育智慧生命的设想是由天文学家弗兰克·德雷克于1973年提出的。知乎上的天文爱好者们对这个名字应该不会陌生。他是搜寻外星人的SETI计划的创建者之一，并提出了计算银河系内文明数目的德雷克公式。
我们熟悉的生命活动本质上是化学反应，而化学反应的本质是电磁力支配下的原子间的电子交换。而在中子星上面，并不存在由原子核和电子构成的原子，所以我们认识的化学反应也不能发生了。
德雷克的设想是这样的：强相互作用力可以把中子结合成团，构成原子核。多个原子核之间可以交换中子，而这种中子交换可以作为化学反应的基础（就像地球上化学反应中的电子交换）。在这种新的化学反应机制的支持下，多个原子核可以形成复杂的分子结构，甚至形成足以进行生命活动的复杂分子。德雷克说：“我不知道在中子星的强大引力下，这种由以中子为基础的化学键能否形成复杂分子，不过，用来讲故事应该足够了。”
7年以后，科幻作家罗伯特·佛伍德果然用这个点子讲了一个故事：《龙蛋》（Dragon's Egg）。故事是这样的。
50万年前，距离地球50光年的一颗位于天龙座的恒星成为了超新星。恒星的残骸最终形成了一颗中子星，而超新星的辐射让地球上的某支类人猿变异，它们成了人类的祖先。公元2020年，人类发现了这颗中子星，把它命名为“龙蛋”。不久，一只人类探险队出发去探索这颗中子星。
这颗中子星质量是太阳的一半，直径20公里。它的表面引力是地球的6700万倍。它的外壳主要由铁原子核构成，包含大量的中子。最外层包裹着厚度为1毫米的白矮星物质。它的大气层是厚度为5厘米的铁蒸气。在逐渐冷却的过程中，中子星慢慢收缩，外壳随之不断破裂，形成了大量高度在5到100毫米的山脉。中子星内部的液态物质有时会从裂缝涌出，这就是中子星上的火山，可以高达几个厘米。在达到一定高度后，火山最终都会崩塌，导致星震。
公元前3000年，中子星冷却到足够的温度，让基于强相互作用力的化学反应可以发生，由中子构成的原子核和复杂分子可以稳定存在。这种化学反应比基于电子交换的反应速度快100万倍，所以中子星上很快就出现了可以自我复制的复杂分子。毫无疑问，这就是生命的开始。
和地球的生命发展史相似，在公元前1000年，一部分生物选择了自己制造食物的发展路线，它们成为了中子星上的植物。稍后，另一部分生物选择了掠夺和捕食，它们成为了中子星上的动物。
再后来，一种叫做奇拉的智慧生物出现了。一个成年奇拉的质量和地球人类差不多，但是体积只有一粒芝麻大小。在强大的引力场中，它们的体型是高0.5毫米，直径5毫米的扁平形状（下图A）。它们的眼睛直径只有0.1毫米，可以看见紫外线和X射线中的长波部分。如果需要，它们可以产生硬质骨骼，但是多数时候它们都保持软体动物的形态，在地面爬行。它们的体型同样受到中子星强大磁场的影响。在接近两极的地方，磁场方向倾向垂直，它们的身高可以长到2.3毫米，同时水平方向的长度会缩短（下图B)。
图片来
life on a neutron star中子星上的一天只有0.2秒，而奇拉的寿命一般在40分钟左右。
人类探险队在公元2049年11月达到中子星，然后建立环绕轨道基地，对中子星进行考察。公元2050年5月22日，奇拉发明了农业，进入了文明时代。火山成为了以农业为生的奇拉的主要灾害。在与火山斗争的过程中，奇拉的科技水平迅速发展。
发现轨道上的人类飞船以后，奇拉把飞船当做神明，从而点出了宗教信仰和书写技能，并建立了雄伟壮观的神庙。人类看见了中子星表面不同寻常的变化后，知道中子星上存在着智慧生命，于是尝试用激光与奇拉通信。奇拉的天文学家认识到了轨道上的飞船，和里面居住的身体纤弱，无比迟缓，但是体型十分巨大的古怪生物。一位奇拉工程师克服了自己的恐高症，攀上了几厘米的高山，向人类发送信息。人类才知道中子星上的智慧生物有着比自己快上百万倍的生命节奏。
显然速度相差如此之大的两种生物是无法交流的。人类就把自己图书馆中的科学知识发送过去。几个小时之后，奇拉发明了控制重力的技术，并发射了宇宙飞船访问人类基地。这时候，奇拉发现自己的科学技术已经远远超过了人类，并且它们认为把自己的科技送给人类并不利于人类发展，于是它们在一些特别的地方留下线索，然后驾驶飞船，飞向了无垠的宇宙。这一天是2050年6月20日，距离奇拉进入文明时代不到1个月。
注：以上内容简介主要参考
Dragon's Egg类似的话题
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