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水真的不能被压缩吗?若强行把水一直压缩,又会发生什么?

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在人类的脑海当中,总是不缺乏奇思妙想,比如说有人提出了这样一个问题,将纸对折103次之后究竟有多厚?


【将纸对折103次之后,厚度足有930亿光年】

答案是930亿光年,银河系的直径是10万光年,整个可观测宇宙的半径是456亿光年,由此可见纸张在103次的对折当中发生了难以想象的变化。

另外又有小伙伴脑洞大开了,如果强行把水一直压缩,又会发生什么呢?结果让人难以想象!

水很难被压缩

一般来说,水是很难被压缩的,因为它的内部分子结构间距非常小,除非受到极强的外力影响,否则不会发生改变。



这一点可以在深海当中证明,比如说著名的马里亚纳海沟最深处超过1万米,该区域有着超乎寻常的压力。

每平方厘米宽的受力面积上,就会产生1吨左右的压力,相当于一辆小卡车

在这样的地方,就是坚硬的钢铁也会被压扁,但是水的形态却未能发生变化,这说明我们想要将水进行压缩,需要的力量是超乎想象的。

假设我们现在拥有一个足够强大的力量作为外部压缩,并且还有一个安全且足够坚硬的玻璃仪器可供我们参观。


【水的形态和压力关系】

接下来大家将见证奇迹的时刻,水在被压缩之后,会逐渐朝着固态转变,也就是我们所说的结冰

大家可能会说了,水不是只有达到冰点才能结冰吗?为何压缩之后也会出现这种情况。

因为经过压缩之后的水分子结构间隙变得更小,导致水体看起来就像固态一样。

另外另一方面,在巨大的压力环境下,水的温度在不断增加,这就相当于将外部的压力在对水做功,随着力量的不断增加它的温度自然也会更高。



温度升高之后,水会变成气态逃逸出去,所以有人认为压缩水的终点是变成气态

但我们的今天的容器并不会让它逃逸出去,而是继续进行压缩,然后大家就会看到一大堆原子核构成的高温等离子体开始发光发热。

换句话说,现在压缩水的情况已经达到了核聚变的条件,这是十分恐怖的。

一般来说,想要达到核聚变,最基本的条件就是要将物质温度提高到几百万度以上,让内部的原子核和电子分开,成为等离子体,这需要非常大的能量。



还有一种所谓的“冷核聚变反应”,指的是可以在常温状态下进行核聚变,但目前并不被主流科学说法认同。

需要注意的是,大家要区分一下核裂变和核聚变,前者广泛用于核武器、核电站上,后者属于太阳内部的聚变反应。

也就是说,如今太阳能够发光发热,全是因为内部有核聚变反应,它每秒消耗的物质重量高达几亿吨。


【聚变示意图】

在我们创造了一个“人工太阳”之后,我们继续对它进行压缩,因为现在的物质密度已经非常高了,我们假设的力大小也必须跟上,所以大家不用考虑实验器材的硬度,以及所谓的力从何而来。

见证了奇迹

受到聚变反应的影响,越来越多的原子会变为重元素,当物质全部反应完成之后,新的难题也随之而来了。

电子简并压力的存在,不允许两个相同的半整数自旋粒子同时占据相同的量子态,因此会产生一种可怕的抵抗力。



一般来说,电子简并压力的存在,是为了防止某些恒星在垂死的时候,引力坍缩从而形成白矮星。

大家可以想象,一种可以防止恒星坍塌的反作用力究竟会有多么恐怖。

好在我们的压力无限大,可以继续对其进行施压,电子简并压力终于难以承受,当中的物质密度基本上和白矮星相当。

白矮星是宇宙当中物质密度最高的天体之一,一颗和地球体积相当的白矮星,其表面的重力相当于地球的18万倍



在这样的高压环境下,几乎任何物体都不会存在,原子会被压碎,电子变为了自由电子。

迄今为止,人类观测到的白矮星数量大约有1000多颗,天狼星就是其中的一颗,它的密度在1000万吨每立方左右。

再往上,物质密度更高的就是中子星了,它可以达到10亿吨每立方米,核心部分的压力更加恐怖。

当然,白矮星之所以能够存在,是因为电子简并压力在维持平衡状态,但这种平衡被打破之后,白矮星要么转变为中子星,要么成为黑洞。



其中黑洞可能就是我们对水无限施加压力之后的结果,最终它可能会变为一颗体积无限小,但质量无限大的神秘存在。

据科学家猜测,宇宙在诞生以前,也是一种体积无限小,质量无限大的点,一场奇异的爆炸将其破开,当中的各类物质抛射了出去,经过不断的累积形成了如今我们看到的恒星、行星、卫星及其促成的星系等等。

以人类目前的认知来说,将水压缩到黑洞之后,如果再继续无限加压,就很难想象了。

说到底,还是人类对于黑洞的认识太少了,这种可怕又神秘的天体,甚至能够捕捉每秒以30万公里逃逸的光。



有人说,黑洞是通往另一个平行宇宙的通道,也有人说,进入到黑洞,就是进入了更加高维度的空间,总之众说纷纭。

不仅如此,我们将水无限压缩之后最终创造了一个人工黑洞也仅仅是一种理论上的猜想,真实情况如何,还要留给未来的科学家去解答。

参考资料:

【1】朱士尧.核聚变研究的发展历史[J].物理,1990(02):113-117+84.

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