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水很難壓縮,到了一定的壓力,水分子會(huì)分解,化學(xué)鍵斷裂,分解成氧和氫分子,這時(shí)就不是水了。

海水的密度為1.03,在萬米深海中達(dá)到1000多個(gè)大大氣壓,密度并沒有多大改變。因?yàn)樗拿芏扰c水溫關(guān)系更大,攝氏4度時(shí),水密度是最大的,所以深海的水有時(shí)還沒有淺海密度大。

要把水壓縮到百分之一將導(dǎo)致水分子的分解,地球上沒有這么大的壓力,人類也無法制造出這么大的壓力,因此水永遠(yuǎn)也無法壓縮到百分之一體積。

人們?cè)诖_定物質(zhì)的密度(比重)時(shí),把水的密度確定為1,根據(jù)溫度和水里含有的物質(zhì)不同,大自然中的水比重在1上下浮動(dòng)。

這個(gè)1就是代表1立方厘米的水為1克,1立方厘米就是1毫升。1立方米的水為100萬毫升,就是100萬克,1噸重。所以我們?cè)谫I液體物質(zhì)時(shí)常常用升(L)來衡量,1升就是1000毫升,一瓶酒500毫升,也就相當(dāng)500克,就是1斤。當(dāng)然乙醇的密度為0.789,我們平時(shí)喝的白酒里面含有百分之幾十的乙醇,因此500毫升就沒有1斤。

水在壓力下會(huì)升溫,因此在壓力實(shí)驗(yàn)中,需附以外部設(shè)備降溫。

隨著不斷的加壓,水會(huì)有如下表現(xiàn):

當(dāng)水在100個(gè)大氣壓時(shí),液態(tài)水會(huì)處于冰凍狀態(tài);壓力增至3445個(gè)大氣壓時(shí),同時(shí)溫度降低到-100度(攝氏度,后同),會(huì)形成高壓冰,分子間距縮;高壓冰隨著壓力增加,會(huì)達(dá)到六方晶體,水分子間隙越來越小,密度增加。

但這種密度增加是很微弱的,因此體積縮小不了多少,一般可以忽略不計(jì)。

這時(shí)如果再增加壓力,幾百萬到上億壓力,這種變化也很微弱,一直到水分子化學(xué)鍵斷裂壓碎,氫分子、氧分子也被壓碎,氫原子和氧原子成為游離態(tài),甚至核外電子逃離成為自由電子,核聚變可能會(huì)被激發(fā)。

但這時(shí),水早就不是水了,而是氫原子和氧原子的混合氣體了,這種氣體在高壓下很可能是一種原子湯稠密半流體狀態(tài)。有人認(rèn)為這個(gè)壓力極限在幾十億個(gè)大氣壓。

人類在制造金屬氫時(shí)達(dá)到了325萬個(gè)大氣壓,這是迄今為止人類能夠達(dá)到的最高壓力,因此上述水在幾百萬以上高壓下的表現(xiàn)實(shí)際上是一個(gè)理論值。

因此水被壓縮100倍的狀態(tài)是不存在的,不可能存在100立方米水壓縮成1立方米的物質(zhì)。

水的壓縮狀態(tài)會(huì)有一個(gè)質(zhì)變過程,在壓力臨界點(diǎn)之前,體積變化很小,一旦突破了這個(gè)臨界點(diǎn),水就不是水了,狀態(tài)和體積都會(huì)發(fā)生劇變。但如果一定要說壓縮100倍后是個(gè)什么狀態(tài),只能說這個(gè)物質(zhì)從過去每立方米1噸的水變成了100噸,這個(gè)密度在宇宙天體中根本算不了什么。

當(dāng)我們太陽的末日,變成白矮星的時(shí)候,這個(gè)密度就比這個(gè)大多了,還要增加10萬倍以上。100立方米水壓成1個(gè)立方米,只不過壓縮了100倍,1個(gè)立方米水由過去的1噸變成了100噸,1個(gè)立方厘米密度才有100克重,而白矮星上的物質(zhì)1個(gè)立方厘米卻有1~10噸重。中子星上物質(zhì)的密度1個(gè)立方厘米有10~20億噸重。

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假如把一百立方米的水壓縮成一立方米,結(jié)果會(huì)怎樣?

至少在地球上是無法實(shí)現(xiàn)這個(gè)宏大夢(mèng)想的,在我們?nèi)祟惖募夹g(shù)概念中,水還是屬于不可壓縮的那種物質(zhì)(可以壓縮一點(diǎn)點(diǎn)),比如水壓機(jī)、油壓機(jī)等都是用水或者油來傳遞壓力的!但應(yīng)該沒有聽說過氣壓機(jī)吧,因?yàn)闅怏w是可壓縮的,因此我們會(huì)有氣動(dòng)工具,或者氣缸來釋放與儲(chǔ)備能量等!

假如將一百立方米壓縮成一立方米,那么他的密度就是100噸/立方米,自然界中密度最大的元素是金屬鋨,密度為22.6克/立方厘米,換算過來大約是22.6噸/立方米,各位最喜歡的金屬金也只有19.32噸/立方米!

那么100噸/立方米的物質(zhì)是什么呢?我們來查查地球中心物質(zhì)的密度是多少的?

地核的平均密度為10.7g/立方厘米,換算一下約為10.7噸/立方米,而地球的平均密度為5.5噸/立方米!看來地球中心的物質(zhì)并不是我們想要的!

木星內(nèi)核的密度是多少呢?據(jù)資料查詢木星內(nèi)核密度和太陽核心密度差不多,是120-150噸/立方米,看來這就是我們想要找的物質(zhì)了,有很多朋友認(rèn)為100噸/立方米和太陽核心密度差不多,因此認(rèn)為到了這個(gè)密度,這100噸水壓縮成的1噸的某種物質(zhì)就開始核聚變了?

但看起來似乎并不是這樣,就如白矮星那真正簡(jiǎn)并態(tài)物質(zhì)也只有核心部分,外圍并非都是簡(jiǎn)并態(tài)物質(zhì),或者說中子星的結(jié)構(gòu):

中子星的外殼也并非全部有中子星物質(zhì)組成,而是白矮星物質(zhì)!因此這100噸/一立方米的物質(zhì)并不足以發(fā)生核聚變,也許只是以一種奇異物質(zhì)的方式存在而已!

那么上文留下了一個(gè)問題,為什么太陽密度和木星差不多,而太陽為何會(huì)燃燒木星卻不會(huì)呢?剛解釋了還要看壓力的大小和這個(gè)奇異物質(zhì)的范圍大小,比如太陽的核心都比木星大,而木星的核心卻之后太陽的千分之一大小,這兩者在同一個(gè)數(shù)量級(jí)上嗎?太陽內(nèi)核壓力為2500億個(gè)以上,而木星內(nèi)核只有4000-4500萬個(gè)大氣壓,看來確實(shí)不在同一個(gè)級(jí)別!

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將100萬立方米的水壓縮到1立方米,會(huì)發(fā)生什么?這是一個(gè)有趣的問題。

“液體不能被壓縮”是一個(gè)為了簡(jiǎn)化計(jì)算而確立的概念。事實(shí)上,對(duì)液體施加壓力是可以改變它的體積的,只是這個(gè)改變非常微小,微小到可以不影響計(jì)算結(jié)果。那么,能不能大幅度增加液體的密度呢?

我們先從原子的結(jié)構(gòu)說起。

大家都知道,原子是由原子核和核外電子構(gòu)成。原子的質(zhì)量99%以上集中在原子核上,但原子核只占原子體積的非常小的比例。

圖:
氦原子結(jié)構(gòu)示意圖

從上圖可見,原子體積的絕大部分是被電子云占據(jù)的。原子的內(nèi)部實(shí)際上是非常的“空曠”。這就給壓縮原子提供了空間。

自然界中發(fā)生的“壓縮”現(xiàn)象

如果提供住夠大的壓力,任何物質(zhì)都可以被壓縮。在自然界這種情況是非常常見的。當(dāng)然,這個(gè)自然界是指的宇宙。

如同太陽這么大的恒星,在核聚變?nèi)剂虾谋M后,會(huì)發(fā)生重力坍縮,在巨大的萬有引力作用下,會(huì)形成一種叫“白矮星”的星體,一顆質(zhì)量與太陽相當(dāng)?shù)陌装求w積只有地球一般的大小。這個(gè)時(shí)候,原子核外的電子被壓縮到了最低能量級(jí)。此時(shí)物質(zhì)的密度達(dá)到了1噸/cm3。

圖:白矮星

如果恒星殘余核心的質(zhì)量大于1.4個(gè)太陽質(zhì)量(錢德拉塞卡極限),萬有引力的壓力會(huì)把電子壓入原子核,形成中子星。中子星的密度為8千萬噸~20億噸/cm3。

圖:中子星

如果恒星殘余的核心大于3.2倍太陽質(zhì)量(奧本海默極限),就沒有什么可以阻止恒星的重力坍縮了。它會(huì)成為一個(gè)黑洞。黑洞密度的計(jì)算方法與上面不一樣,它的體積是黑洞的“視界”,黑洞的質(zhì)量越大,視界半徑就越大,所以它的密度會(huì)隨著質(zhì)量的增大而減小,超大質(zhì)量的黑洞甚至比空氣的密度還小。當(dāng)然,它的核心被認(rèn)為是一個(gè)密度無限大的“奇點(diǎn)”。

圖:黑洞

100萬立方米的水被壓縮到1立方米的體積,密度為100萬噸/m3,也就是1噸/cm3,對(duì)比上面的數(shù)據(jù)看出,已經(jīng)達(dá)到了白矮星的密度,但遠(yuǎn)未達(dá)到中子星的密度。

壓縮水的過程中會(huì)發(fā)生什么?

由于水的組成為氫和氧元素,在壓縮過程中,溫度會(huì)急劇升高。在壓力和高溫的作用下,會(huì)首先啟動(dòng)氫的核聚變,然后是氦的核聚變……最終水里的氫原子會(huì)被聚變到碳,最終得到一個(gè)碳、氧核。當(dāng)然,由于核聚變會(huì)使質(zhì)量轉(zhuǎn)變成能量并散失掉,最終得到的質(zhì)量會(huì)比100萬噸少一些。

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按正常的情況來算,水在4攝氏度左右時(shí),密度最大,也就是10^3kg/m^3,所以說,100立方米的水原本的質(zhì)量是100噸。把這么100噸的水壓縮到只有1立方米體積大小,此時(shí)的密度為100噸/每立方米,又因?yàn)?立方米等于100萬立方厘米,所以,此時(shí)的奇異物質(zhì)密度為100克每立方厘米。

地球的平均密度是每立方厘米5.5克,所以此時(shí)的奇異物質(zhì)密度是地球平均密度的18倍,那么它是什么樣的一團(tuán)物質(zhì)呢?

宇宙中白矮星的密度大約為1噸每立方厘米,所以,被壓縮后的這團(tuán)奇異物質(zhì)還沒有達(dá)到白矮星物質(zhì)密度的級(jí)別。

我們?cè)賮韺ふ乙幌掠钪嬷心睦锏奈镔|(zhì)有100克每立方厘米的密度。答案就在太陽核心處,在太陽核反應(yīng)區(qū)中,物質(zhì)密度達(dá)到了150000 kg/m^3,換算一下也就是150克每立方厘米,大概符合剛才得出的數(shù)據(jù)。

所以,這是一團(tuán)近似于太陽核心處稍邊緣地帶的等離子態(tài)物質(zhì),溫度極高,應(yīng)該在1000萬攝氏度左右,此時(shí),你看著那團(tuán)被壓縮的水,隨著體積越來越小,溫度越來越高,漸漸地發(fā)出耀眼的光芒,蘊(yùn)含著恐怖的能量。

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答:此時(shí)密度為100噸每立方米,幾乎就是太陽核心的密度,估計(jì)氫原子已經(jīng)達(dá)到聚變條件。


首先,只要壓力足夠高,水也是可以壓縮的,比如1萬米深的海底,水的體積就被壓縮了大約1.8%;水分子由一個(gè)氧原子和2個(gè)氫原子構(gòu)成,原子之間以化學(xué)鍵連接。

在原子中,原子核的直徑只有整個(gè)原子直徑的百萬分之一,在外部作用力的情況下,原子之間的距離是可以被壓縮的,此時(shí)單個(gè)原子的電子云向內(nèi)擠壓,物質(zhì)密度增加。


把一百立方米的水壓縮成一立方米,密度為100g/cm^3,這幾乎就是太陽內(nèi)部的密度,壓強(qiáng)有1000億個(gè)大氣壓。

被壓縮的物體溫度會(huì)升高,加上如此高的壓力,水分子的化學(xué)鍵已經(jīng)被破壞,氧原子和氫原子均以等離子體形式存在;如果溫度足夠高,其中的氫原子還會(huì)發(fā)生核聚變,聚變生成氦原子,并釋放大量能量。


在宇宙中,存在很多密度極端的物質(zhì),比如:

(1)地球核心的密度,大約是11g/cm^3,主要由鐵鎳元素組成;

(2)太陽核心密度,大約100~150g/cm^3,主要由氫、氦元素組成;

(3)白矮星密度,0.1~10t/cm^3,主要由碳、氧、硅等等元素組成;

(4)中子星密度,10^8~10^9t/cm^3,由中子組成。

極端條件下的物質(zhì),密度幾乎決定了物質(zhì)的性質(zhì),一百立方米的水壓縮成一立方米,最接近太陽內(nèi)部的情況。


好啦!我的內(nèi)容就到這里,喜歡我們文章的讀者朋友,記得點(diǎn)擊關(guān)注我們——艾伯史密斯!

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從常識(shí)來看,氣體較容易壓縮。但是液態(tài)和固態(tài)壓縮就非常難了。想把水從一百立方米壓縮到一立方米技術(shù)上達(dá)不到。

但是從理論上講任何物質(zhì)只要外力足夠大就可以被壓縮。從原子層次來看,原子內(nèi)部包含原子核和核外電子,而原子核的直徑只占到原子直徑的二十萬分之一,核外電子幾乎可以忽略,所以微觀層次來看是有壓縮空間的。如果技術(shù)可以甚至能把這100立方米的水直接壓縮成黑洞。

100立方米的水壓縮成1立方米密度變?yōu)?00噸/立方米,大約是100g/立方厘米。這個(gè)密度下水分子鍵應(yīng)該會(huì)被破壞,變?yōu)殡x子態(tài)。水分子中含有氫原子正好是核聚變的原材料。

被壓縮后的水密度差不多達(dá)到了太陽內(nèi)核處的密度,微觀粒子運(yùn)動(dòng)劇烈溫度升高,碰撞發(fā)生核聚變的幾率升高,在這團(tuán)水的內(nèi)部很可能會(huì)發(fā)生核聚變像太陽一樣釋放能量。


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假設(shè)能把100立方米的水壓縮成1立方米,那水將不再是水。它的內(nèi)部很可能會(huì)發(fā)生劇烈的核聚變反應(yīng),但是以目前的科學(xué)技術(shù)水平是做不到這一點(diǎn)的。


首先,我們來看看水為什么可以被壓縮?


其實(shí)在很多人看來,水是不能夠被壓縮的,我們只能改變水的的存在狀態(tài),使它在氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)之間互相轉(zhuǎn)換,但是不論怎樣轉(zhuǎn)換它依舊還是水,分子式還是H2O,不會(huì)變成其它物質(zhì)。但是其實(shí)水是可以被壓縮的,因?yàn)樗肿邮怯梢粋(gè)氧原子和兩個(gè)氫原子構(gòu)成的,而不論哪種原子,它的內(nèi)部空間都極其廣大。因?yàn)樵邮怯稍雍撕碗娮咏M成的,原子的直徑數(shù)量級(jí)為10^(-10)米,那么它的體積的數(shù)量級(jí)就有 10^(-30) 立方米 而原子核的直徑數(shù)量級(jí)為10^(-15)米,則它的體積的數(shù)量級(jí)就有 10^(-45) 立方米 可見,原子核的體積與原子的體積數(shù)量級(jí)之比是 10^(-45) / 10^(-30)=10^(-15) 也就是說,原子核的體積僅占整個(gè)原子的幾千億分之一,而電子比原子核更小,也就是說原子內(nèi)部絕大部分空間都是空的,只要有足夠的壓力,原子都是可以被壓縮的,所以水當(dāng)然也可以被壓縮。

其次,一百立方米的水被壓縮后成一立方米之后還會(huì)是水嗎?

100立方米的水被壓縮成1立方米,也就是說密度達(dá)到了100噸/立方米,而據(jù)測(cè)算,太陽的核心密度是150噸/立方米,也就是說此時(shí)“水”的密度已經(jīng)跟太陽如此密度已經(jīng)很接近了,而密度是一個(gè)物質(zhì)的基本屬性,密度發(fā)生變化,物質(zhì)也就不是原來的那個(gè)物質(zhì)了,所以此時(shí)的“水”也就不再是水了。

再次,不斷壓縮的過程就是宇宙大爆炸中物質(zhì)從無到有的過程

如果在上述的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行壓縮,壓力繼續(xù)增大,原子核靠的更近,那么在伽莫夫因子條件下,它們將在一定概率下穿越庫侖斥力壁壘結(jié)合在一起,這就是氫彈爆炸的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)第一步!如果這種水中含有重水也就是氘原子,那么一個(gè)氘原子和一個(gè)氫原子結(jié)合就會(huì)生成氦三原子,繼續(xù)施壓這些物質(zhì)會(huì)繼續(xù)反應(yīng),氦三結(jié)合會(huì)形成氦四,而氦四后的反應(yīng)順序則為: 氦-4 → 鈹-8 → 碳-12 → 氧-16 → 氖-20 → 鎂-24 → 硅–28 → 硫–32 → 氬–36 → 鈣–40 → 鈦–44 → 鉻–48 → 鐵–52 → 鎳–56 只要壓力無限的變大,這就是物質(zhì)就會(huì)不斷的進(jìn)行轉(zhuǎn)變,這也就是宇宙中物質(zhì)產(chǎn)生的一個(gè)過程。

最后,如果對(duì)地球進(jìn)行無限壓縮會(huì)怎樣?

回答了以上問題,我們?cè)賮砜匆粋(gè)有趣的問題,如果對(duì)地球進(jìn)行無限壓縮,那會(huì)怎么樣呢?答案是當(dāng)?shù)厍虻陌霃叫∮?毫米時(shí)候,也就是當(dāng)?shù)厍蛳褚活w小豌豆那么大時(shí),它就會(huì)由于承受不住自身的重力而發(fā)生塌縮,變成一個(gè)小黑洞。也就是說在豌豆大小的體積里面包含了我們這個(gè)世界所有的一切!所有的人類和動(dòng)物,金屬礦物森林房屋山川河流海洋都在這個(gè)豌豆大小的世界中,這是不是很有趣?但這個(gè)豌豆也相當(dāng)?shù)奈kU(xiǎn),如果它發(fā)生大爆炸,可能又會(huì)被另一種智慧生物稱之為“宇宙”。

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在很多人的傳統(tǒng)認(rèn)知里,已經(jīng)默認(rèn)水是不能被壓縮的,在初中物理課上估計(jì)很多老師都是這么講的!

但事實(shí)上,任何物質(zhì)都可以被壓縮,哪怕是鐵塊金塊也不例外,只要有足夠的壓力都可以做到,這與原子的結(jié)構(gòu)有關(guān)!

我們都知道原子是由原子核和電子組成的,而原子核的大小僅占整個(gè)原子的百萬分之一,而電子比原子核更小,也就是說原子內(nèi)部絕大部分空間都是空的,所以只要有足夠的壓力,原子都是可以被壓縮的!

那么一百立方米的水被壓縮成一立方米,也就是說密度達(dá)到了100噸/立方米,如此密度已經(jīng)很大了,幾乎與太陽核心溫度一樣了,如此密度估計(jì)會(huì)引發(fā)聚變反應(yīng)!

從100立方米到1立方米,很可能水不再是水,具體會(huì)是什么我也無法確定,通過計(jì)算應(yīng)該能推算出來,會(huì)是由更重的元素組成的物質(zhì)!

可以預(yù)見的是,100立方米的水不但能被壓縮到1立方米,還可以被壓縮到更小的體積,直到成為白矮星,中子星,甚至是黑洞。

白矮星的密度為0.1-10噸/立方厘米,中子星的密度更恐怖,達(dá)到10的8次方噸/立方厘米,巨大的壓力把電子壓縮到原子核與質(zhì)子結(jié)合成中子,只剩下中子了,所以叫中子星!

那么比中子星密度更大的黑洞里面是什么?目前沒人知道,這是另外一個(gè)大問題,也是一個(gè)非常深?yuàn)W的問題!

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確實(shí)理論上任何物質(zhì)都可以進(jìn)行壓縮,因?yàn)樵娱g會(huì)存在距離,原子內(nèi)部也是有著巨大空隙的,就好比中子星一樣,巨大的壓力將原子結(jié)構(gòu)都破壞掉。

如果從壓縮難度來看,一般情況下無疑是固>液>氣。但是液態(tài)就已經(jīng)很難了,拿水為例我們知道著名的馬里亞納海溝深度可以達(dá)到10000米,壓強(qiáng)巨大但水的密度也只比地面上的水密度大了4.96%。

回到題主的問題,一百立方米的水壓縮到一立方米意味著水的密度變?yōu)?00噸每立方米!也就是100g/cm^3,結(jié)合數(shù)據(jù)中子星密度在1億噸每立方厘米,所以此時(shí)還沒有達(dá)到原子結(jié)構(gòu)被破壞得程度,但是這個(gè)密度卻已經(jīng)接近太陽核心的密度了,因此我們能夠得到一個(gè)結(jié)論:這個(gè)時(shí)候這團(tuán)“水”開始核聚變了。

這是因?yàn)殡S著水的不斷壓縮,水分子的化學(xué)鍵被破壞,溫度不斷升高,氧原子和氫原子均以等離子體形式存在,當(dāng)溫度到達(dá)一定程序,核聚變就會(huì)開始。

所以這團(tuán)水最終已經(jīng)不能叫做水了,因?yàn)槠浞肿咏Y(jié)構(gòu)已經(jīng)被破壞。當(dāng)然還要說的是現(xiàn)實(shí)情況下將水如此壓縮是不可能的。

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一般我們都把水當(dāng)做不可壓縮體看待,那是因?yàn)樗捏w積壓縮系數(shù)太。ㄒ馑季褪菈嚎s難度非常大)。

但難壓縮不代表不能壓縮,要是真存在不可壓縮物體,那宇宙中的那些恒星、白矮星、中子星哪來的?

所以說,在不考慮壓縮手段的前提下,如果將一百立方米的水壓縮為一立方米之后,形成的物質(zhì),所具有的密度達(dá)到了驚人的100噸每立方米,這幾乎能與太陽中心的密度相比較了(150噸每立方米)。

考慮到原始恒星質(zhì)量達(dá)到太陽的10%左右即可發(fā)生核聚變反應(yīng),因此我們這密度為100噸每立方米的物質(zhì),應(yīng)當(dāng)是具備核聚變條件了。

我們把眼光放廣一些,會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣的密度在宇宙中并不罕見,出來恒星普遍擁有之外,恒星后期演化的產(chǎn)物,比如白矮星、中子星等,它們的密度更是驚人。

就直接說中子星吧,由于引力過于突出,以致于原子結(jié)構(gòu)都被破壞,電子被壓進(jìn)質(zhì)子形成了中子,結(jié)果就是中子星的密度甚至達(dá)到了每立方厘米數(shù)億噸的地步。

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