水真的不能被壓縮嗎?若強行把水一直壓縮,又會發生什麼?

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在人類的腦海當中,總是不缺乏奇思妙想,比如說有人提出了這樣一個問題,將紙對摺103次之後究竟有多厚?

【將紙對摺103次之後,厚度足有930億光年】

答案是930億光年,銀河系的直徑是10萬光年,整個可觀測宇宙的半徑是456億光年,由此可見紙張在103次的對摺當中發生了難以想象的變化。

另外又有小夥伴腦洞大開了,如果強行把水一直壓縮,又會發生什麼呢?結果讓人難以想象!

水很難被壓縮

一般來說,水是很難被壓縮的,因爲它的內部分子結構間距非常小,除非受到極強的外力影響,否則不會發生改變。

這一點可以在深海當中證明,比如說著名的馬裏亞納海溝最深處超過1萬米,該區域有着超乎尋常的壓力。

每平方釐米寬的受力面積上,就會產生1噸左右的壓力,相當於一輛小卡車

在這樣的地方,就是堅硬的鋼鐵也會被壓扁,但是水的形態卻未能發生變化,這說明我們想要將水進行壓縮,需要的力量是超乎想象的。

假設我們現在擁有一個足夠強大的力量作爲外部壓縮,並且還有一個安全且足夠堅硬的玻璃儀器可供我們參觀。

【水的形態和壓力關係】

接下來大家將見證奇蹟的時刻,水在被壓縮之後,會逐漸朝着固態轉變,也就是我們所說的結冰

大家可能會說了,水不是隻有達到冰點才能結冰嗎?爲何壓縮之後也會出現這種情況。

因爲經過壓縮之後的水分子結構間隙變得更小,導致水體看起來就像固態一樣。

另外另一方面,在巨大的壓力環境下,水的溫度在不斷增加,這就相當於將外部的壓力在對水做功,隨着力量的不斷增加它的溫度自然也會更高。

溫度升高之後,水會變成氣態逃逸出去,所以有人認爲壓縮水的終點是變成氣態

但我們的今天的容器並不會讓它逃逸出去,而是繼續進行壓縮,然後大家就會看到一大堆原子核構成的高溫等離子體開始發光發熱。

換句話說,現在壓縮水的情況已經達到了核聚變的條件,這是十分恐怖的。

一般來說,想要達到核聚變,最基本的條件就是要將物質溫度提高到幾百萬度以上,讓內部的原子核和電子分開,成爲等離子體,這需要非常大的能量。

還有一種所謂的“冷核聚變反應”,指的是可以在常溫狀態下進行核聚變,但目前並不被主流科學說法認同。

需要注意的是,大家要區分一下核裂變和核聚變,前者廣泛用於核武器、核電站上,後者屬於太陽內部的聚變反應。

也就是說,如今太陽能夠發光發熱,全是因爲內部有核聚變反應,它每秒消耗的物質重量高達幾億噸。

【聚變示意圖】

在我們創造了一個“人工太陽”之後,我們繼續對它進行壓縮,因爲現在的物質密度已經非常高了,我們假設的力大小也必須跟上,所以大家不用考慮實驗器材的硬度,以及所謂的力從何而來。

見證了奇蹟

受到聚變反應的影響,越來越多的原子會變爲重元素,當物質全部反應完成之後,新的難題也隨之而來了。

電子簡併壓力的存在,不允許兩個相同的半整數自旋粒子同時佔據相同的量子態,因此會產生一種可怕的抵抗力。

一般來說,電子簡併壓力的存在,是爲了防止某些恆星在垂死的時候,引力坍縮從而形成白矮星。

大家可以想象,一種可以防止恆星坍塌的反作用力究竟會有多麼恐怖。

好在我們的壓力無限大,可以繼續對其進行施壓,電子簡併壓力終於難以承受,當中的物質密度基本上和白矮星相當。

白矮星是宇宙當中物質密度最高的天體之一,一顆和地球體積相當的白矮星,其表面的重力相當於地球的18萬倍

在這樣的高壓環境下,幾乎任何物體都不會存在,原子會被壓碎,電子變爲了自由電子。

迄今爲止,人類觀測到的白矮星數量大約有1000多顆,天狼星就是其中的一顆,它的密度在1000萬噸每立方左右。

再往上,物質密度更高的就是中子星了,它可以達到10億噸每立方米,核心部分的壓力更加恐怖。

當然,白矮星之所以能夠存在,是因爲電子簡併壓力在維持平衡狀態,但這種平衡被打破之後,白矮星要麼轉變爲中子星,要麼成爲黑洞。

其中黑洞可能就是我們對水無限施加壓力之後的結果,最終它可能會變爲一顆體積無限小,但質量無限大的神祕存在。

據科學家猜測,宇宙在誕生以前,也是一種體積無限小,質量無限大的點,一場奇異的爆炸將其破開,當中的各類物質拋射了出去,經過不斷的累積形成了如今我們看到的恆星、行星、衛星及其促成的星系等等。

以人類目前的認知來說,將水壓縮到黑洞之後,如果再繼續無限加壓,就很難想象了。

說到底,還是人類對於黑洞的認識太少了,這種可怕又神祕的天體,甚至能夠捕捉每秒以30萬公里逃逸的光。

有人說,黑洞是通往另一個平行宇宙的通道,也有人說,進入到黑洞,就是進入了更加高維度的空間,總之衆說紛紜。

不僅如此,我們將水無限壓縮之後最終創造了一個人工黑洞也僅僅是一種理論上的猜想,真實情況如何,還要留給未來的科學家去解答。

參考資料:

【1】朱士堯.核聚變研究的發展歷史[J].物理,1990(02):113-117+84.

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