假設可以將空氣無窮盡的壓縮,會發生什麼事情?

劉洋溢L


把空氣進行不斷壓縮,我們將可以看到一些奇葩甚至讓人震驚的現象。比如將氫氣不斷壓縮的話,它會變成液態氫,再使加壓力它甚至會呈現出金屬的性質,通常將氫氣施加五十萬個大氣壓的壓力,那麼氫原子就會失去對電子的束縛能力,呈現出金屬性質,這時候的氫元素就不能稱為氫氣了,而是要稱為金屬氫了。



宇宙中一些行星的內部就是這樣的,比如木星,天文學家們認為在木星的內部有著液態氫的海洋,就是由於巨大的壓力使得氫氣呈現出了液態性質,而在液態氫的海洋下面就是金屬氫了,只有像木星土星這麼大的氣態巨行星才有可能在內部出現金屬氫。也正是因為被擠壓出了極其緻密的密度,所以金屬氫也是一種極好的炸藥,能量釋放相當驚人。


那麼將金屬氫繼續壓縮會呈現什麼樣的狀態呢?如果給它時加上億倍的大氣壓,那就會把氫原子壓到合併,從而引發氫核聚變產生出氦元素了,這個時候的氫元素就是發生了爆炸,太陽的內部就是這樣的,太陽時刻不停的將氫元素壓縮成氦元素,這一過程中會釋放巨大的能量,這正是太陽發光發熱的原因。

如果繼續對其施加壓力的話,那麼氦元素也會繼續聚變,進而成為更高等的元素,一路聚變下去,到鐵元素的時候就不再釋放能量而是吸收能量了,恆星就是這樣,這個時候的恆星會發生超新星爆發,形成中子星或者黑洞。



所以對空氣一直壓縮下去的話,它最終就會形成黑洞,目前還不知道將黑洞繼續壓縮會形成什麼。


人類的方向


如果將空氣“無窮盡的壓縮”,你將獲得一個“恆星”。巨大的壓力使原子核被擠壓在一起,引起核聚變反應,釋放大量能量,發生“爆炸”。

原子之間具有引力和斥力,引力是原子聚集在一定範圍內,形成固體、液體、氣體等物質狀態。而原子間的斥力,使得原子彼此又相對分散,避免原子核之間的聚變反應。原子的原子核體積只佔原子體積的幾千億分之一,而斥力為原子間的斥力近似為F=kQ1×Q2/r∧2,當原子被壓縮,原子核距離不斷縮小時,庫倫斥力迅速增大,當原子核距離為零,斥力趨近於無限大。

實際在原子核距離過近的時候,就可能發生聚變反應形成新的原子核。恆星、中子星等大質量天體,內部壓力十分巨大,就能夠使原子核之間發生聚變反應。不過現實中這樣的壓縮非常難發生,需要在特殊設備中,用極高的溫度激發原子核,然後在一定壓力下才能發生。為了避免產生的巨量能量焚燬設備,還需要採用磁場等將反應限制在一定範圍內。

“人造太陽”——可控核聚變技術就是渴望通過這種方式解決能源問題,在地球上可以被人類利用的核聚變原料,可以保證人類千年萬年沒有能源問題困擾,但是目前核聚變只能穩定100多秒,距離實用還有非常遠的距離。


來看世界呀


如果真如題主所說的“無窮盡”的壓縮,而不考慮設備能否承受,那麼它將發生和一顆超大質量恆星相同的演化過程,最後形成一個黑洞。目前看來黑洞應該是極限了。



我們不妨以地球上氣體的理化性質開始,在不斷壓縮的過程中,首先氣體分子間的距離會不斷減小,溫度不斷增加,然後氣體分子會被壓縮到液態,最後壓縮成十分緻密的固體,但此時仍然可以繼續壓縮。因為原子之間的距離仍然有壓縮的餘地。一直壓縮到每立方厘米數噸乃至數十噸,此時原子仍保持其基本構造,質子中子各司其職,電子繞核旋轉。此時的性質與白矮星類似。

但原子內部仍然是十分空曠的。原子核只佔了原子體積的很小一部分,但卻幾乎包含了全部的質量。因此尚有很大的壓縮空間。繼續壓縮的話,核外電子會被強迫壓到原子核內部與質子結合形成中子,最後壓縮為一個全部由中子構成的物體。此時的密度一立方厘米達到了驚人的八千萬噸到二十億噸!!!



已經到極限了嗎?不,還沒有。還可以繼續壓縮,當體積小到其表面逃逸速度大於光速,這時它就會無休止的縮小下去,成為一個無限小的奇點。在它的視界內,任何東西都不可能完整的存在,任何信息都不可能透露出來。這應該是到終點了。

需要注意的是,黑洞會蒸發,質量越小消失的越快。如果只是一個比恆星小了許多個數量級的黑洞,那幾乎瞬間就會消失。如果是一個恆星質量的黑洞,那壽命幾乎可以說是永生。

希望該回答能夠對題主有所幫助。


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