水真的不可壓縮?如果將水一直壓縮會發生什麼?

核聚變 化學 黑洞 地球 宇宙 魅力科學君 2019-04-04

通常我們所說的壓縮是指對一個物體施加壓力,使其產生形變,從而讓該物體的體積變小,密度變大,意思就是說,在不改物體的化學結構的前提下,壓縮的目標是將物體的密度變為最大,那麼水為什麼不可壓縮呢?我們先上圖:

水真的不可壓縮?如果將水一直壓縮會發生什麼?

上圖為水的相圖,據此我們可以看到水在不同的溫度和壓強條件下呈現出三種形態,在常壓和常溫的情況下水錶現為液態。實驗證明水在3.98攝氏度時,水分子之間的距離最小,因此在3.98攝氏度時水的密度最大,如果將溫度降低或將壓強增高,水分子之間的氫鍵就會相連而變成結晶,也就是冰,這種狀態下水分子之間的距離反而會增大,相應的密度也會下降。這就是通常認為水不能壓縮的原因。現實中因為各種原因,水還是有一定的壓縮係數的,只是壓縮比率很小,通常可以忽略不計。

水真的不可壓縮?如果將水一直壓縮會發生什麼?

以上所述的“水不可壓縮”是基於不改變水的化學結構為前提的,我們知道所有的物質都是由原子組成,而原子又是由質子、中子、電子組成,在它們之間是存在著巨大的空間的(原子內的99.9999%都是空的),是完全可以壓縮的。假如我們有一個無比堅固的的容器和一個超強的壓力裝置,就可以將水進一步的壓縮,現在我們就來看一下,如果將水一直壓縮會發生什麼?

首先水分子會在壓力的作用下緊緊靠攏,這時水變為固體,這時水的化學結構沒有變化,但是因為結晶的作用,水的密度相對來說是變小了。接著壓強持續升高,水的分子結構會被破壞,水分子的氫氧鍵斷裂,並釋放出大量的能量,這個時候容器裡的物質就不是水了,而是高溫的氫原子和氧原子的聚合體。

水真的不可壓縮?如果將水一直壓縮會發生什麼?

我們舔了舔舌頭,繼續給它們施加更大的壓力,這時我們就會驚訝的發現我們點燃了一個太陽,因為巨大的壓強和高溫已經使氫原子發生了核聚變反應,在這個過程中少量的氫原子裡的物質轉換成了能量,其它的氫原子就聚變成了氦原子並被擠壓成固體,而氧原子此時也被壓縮成了固體狀態,如果這個超級容器沒有因為核聚變而爆炸,那這時容器裡就只有攜帶著巨大的能量的固態的氧和氦了。

水真的不可壓縮?如果將水一直壓縮會發生什麼?

我們再接再厲,繼續按下“增壓”的按鈕,容器裡的壓強和溫度將會進一步的增加,一輪又一輪的核聚變將持續上演,我們將看到容器裡的物質將會一步步聚變成更重的元素,如氖、鎂、鈉、鋁等等,同時會釋放出更多的能量,整過程將一直持續到鐵元素的出現。由於鐵元素聚變吸收的能量比釋放的能量多,所以當容器裡的物質全部聚變成鐵後,核聚變就停止了。事實上當一個巨型恆星演化到這一步的時候,就會發生宇宙中威力最大的“超新星爆發”,這時我們就要考慮一下是不是應該離這個容器遠一點了。

水真的不可壓縮?如果將水一直壓縮會發生什麼?

然而,我們的容器是一個無敵的存在,超新星爆發什麼的都是隻是灑灑水,在證明了容器安全性之後,我們果斷的讓這個加壓的狀態繼續下去。持續增加的壓強會將容器裡的原子擠壓得粉碎,所有的質子、中子、電子都將被壓縮在一起,這時質子和電子的電荷會相互抵消變成中子,所有的中子緊緊的靠在一起,形成一個緻密的結構,哦耶,我們成功的製造了一顆中子星。中子星的物質的密度可以舉例來說明,1立方厘米這種物質如果在地球上來稱,它的重量至少在億噸以上!

水真的不可壓縮?如果將水一直壓縮會發生什麼?

好吧,要做事就要做得徹底,我們繼續加壓!我們這個不可思議的壓力裝置怒吼著爆發出強大的力量,這股力量克服了中子之間巨大的強相互作用力,將容器內的物質進一步的壓縮,然後……這些物質就不見了。是的,它們不見了,在容器裡只留下了一個令人聞風喪膽的黑洞!什麼,你還要繼續?好的,你繼續,小弟先閃人了,據我所知,黑洞這玩意兒我們還是不碰為妙。


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