知識分享:水能被壓縮嗎?水被強行壓縮后會怎樣?

2019-10-25 0

原文轉自:https://zhidao.baidu.com/daily/view?id=175627fr=daily-index-banner

原標題:水能被壓縮么?強行壓縮水會出現什么事?能做得到么?

先直接給出答案,水并不特殊,它是可以被壓縮的。

宇宙中大多數的物質都可以壓縮

如果非要問宇宙中是不是存在不可壓縮的東西,我能想到的第一個東西是:黑洞。當然了,黑洞還能不能壓縮,客觀地說,我們還不得而知。畢竟,對于黑洞內部的情況,我們是知之甚少,我們甚至沒有能力去判斷我們的理論是不是對的。

水能被壓縮么?

除了黑洞之外,不能再被繼續壓縮的想必就是基本粒子,比如:夸克,電子之類。而我們也知道水是由水分子組成的,水分子又是由氫原子和氧原子構成的,原子又是由電子和原子核構成的,原子核內有質子和中子,它們又都是夸克構成的。

水被強行壓縮后會怎樣?

至于電子和夸克再往下還可不可再分,至少依據目前的理論來說,是不可再分的。也就是說,物質最極致和粗暴的排列方式就應該是能把夸克和電子整整齊齊不留縫隙地拍排列。當然,這種情況,我們還沒有見過??晌頤羌雍思侗鸕奶焯?,那就是中子星。

電子與夸克

中子星就是電子被壓到了原子核當中,中子排排列(其實中子星表面還是有電子的),不過中子星內還是有縫隙的,但它的密度已經是極其高了。一勺子中子星就得上億噸。而中子星實際上就是被引力壓出來的。

水的結構

那水能如何壓縮呢?

我們都知道,水是由分子構成的,而水分子并不是整整齊齊壓縮在一起排列的。它們其實是十分躁動的,活蹦亂跳的。所以,這就需要有空間可以折騰,所以水分子之間是有縫隙的。

水的縫隙

如何壓縮?

而水分子之間的縫隙不同,就會有不同的相態。如果從宏觀上看,這和壓強、溫度有關。條件的不同,就會有氣態,液態和固態等相態。而究其本質,實際上是分子之間的距離導致的。比如:水蒸氣的分子間距離就會大一些,而液態水和固態水的分子間距離就會小一些。

水分子結構圖

所以,我們首先是可以通過加壓,降溫的方式,來使得水分子之間的距離變小,這其實并不難。所以,從這里,我們就可以得出結論,水從分子層面是可以被壓縮的。

水壓縮示意圖

不僅如此,如果我們不考慮技術問題,那我們還可以從原子層面對水進行壓縮。實際上,原子幾乎都是空的,99%的區域都是“空”的,而原子核和電子只占了很小很小的一點空間。如果我們把原子比喻成足球場那么大的話,那原子核恐怕也就只有一只螞蟻那么大。

原子示意圖

也就是說,原子內部還有大片的空間可以用來壓縮。需要克服的其實是電子的簡并壓力。這種電子的簡并壓力來自于泡利不相容原理。這個原理你可以大致理解成,電子可以按照一定規則進行排列,這種規則產生一種抵抗外界壓力的量子效應。

水壓縮

所以,如果能夠克服電子的簡并壓力,實際上也是可以做到把水進一步進行壓縮。在宇宙中,中子星依靠的就是自身的引力來打敗電子簡并壓力,成功地把電子壓到原子核內。這個質量大概要1.44倍以上的太陽質量,也被稱為錢德拉塞卡極限。

錢德拉塞卡

在不考慮技術的情況下,如果我們能夠把水中原子內的電子壓入到原子核內,那將會得到一個密度極其大的物質,為什么這里不說水了呢?因為大部分的電子進入原子核后,會和質子發生反應變成中子。所以,這個水在被壓縮后就已經不是水了,而是極其微小的中子星。如果,我們還能進一步地進行壓縮,那有可能得到微小的夸克星,當然我在強調一下,這是不考慮技術的理想狀態下。

夸克星

因此,我們可以下結論說,水是可以被壓縮的,可以壓縮的是水分子之間的距離,用常規手段就能實現。而如果不考慮技術問題的理想狀態下,水可以進一步壓縮其中的原子內的空間,把水壓成微型中子星的狀態,甚至是夸克星的狀態。