2020-02-16 05:08:57 佚名

小王的阅读

在压缩水的过程中，要明白都压缩了什么。

物质的属性决定了首先被破坏掉的是形成时耗能最少的结构，那么，首先被解决掉的是水中的杂物，这个你可以说是100立方纯水，好吧，跳过此步骤，接下来是水分子之间的空隙，假定我们就是加压而不是通过降温的方法把体积搞小，那么，水分子间的距离为30到60纳米，当然，水分子不是都单身的，也有成家的，称之为水团簇，这部分你可以压缩大约50%的体积，再接下来就要对水分子本身下手了，因为分子键能量比原子本身要小，这一番压缩使所有的氢和氧都分了家，原则上讲这已经算不得水了，不过我们不管他，依旧继续压缩，这一层大约可以压缩90%，还剩大约5%的体积没压缩，距离你的要求还差点，下面就要对原子本身下手了，继续压，实际上这已经算得上是简并过程了，就是把外层电子压进内层，而把内层电子扔进原子核，核外电子与质子亲密结合后生出中子，好在这部分只对氧起作用，为啥哪？氢离子说，我外面就没电子。这次的压缩只能让极小部分原子变成中子，因为极小部分就达标了，嗯，是极小部分就够了，如果全部简并，水可以压缩到大约一百万亿分之一，当然，你还可以继续压，直到把中子压缩到二次简并的夸克态，或许还可以继续压，最后压成一个小于普朗克长度的点。

一名普通老百姓

水很难压缩，到了一定的压力，水分子会分解，化学键断裂，分解成氧和氢分子，这时就不是水了。

海水的密度为1.03，在万米深海中达到1000多个大大气压，密度并没有多大改变。因为水的密度与水温关系更大，摄氏4度时，水密度是最大的，所以深海的水有时还没有浅海密度大。

要把水压缩到百分之一将导致水分子的分解，地球上没有这么大的压力，人类也无法制造出这么大的压力，因此水永远也无法压缩到百分之一体积。

人们在确定物质的密度（比重）时，把水的密度确定为1，根据温度和水里含有的物质不同，大自然中的水比重在1上下浮动。

这个1就是代表1立方厘米的水为1克，1立方厘米就是1毫升。1立方米的水为100万毫升，就是100万克，1吨重。所以我们在买液体物质时常常用升（L）来衡量，1升就是1000毫升，一瓶酒500毫升，也就相当500克，就是1斤。当然乙醇的密度为0.789，我们平时喝的白酒里面含有百分之几十的乙醇，因此500毫升就没有1斤。

水在压力下会升温，因此在压力实验中，需附以外部设备降温。

随着不断的加压，水会有如下表现：

当水在100个大气压时，液态水会处于冰冻状态；压力增至3445个大气压时，同时温度降低到-100度（摄氏度，后同），会形成高压冰，分子间距缩小；高压冰随着压力增加，会达到六方晶体，水分子间隙越来越小，密度增加。

但这种密度增加是很微弱的，因此体积缩小不了多少，一般可以忽略不计。

这时如果再增加压力，几百万到上亿压力，这种变化也很微弱，一直到水分子化学键断裂压碎，氢分子、氧分子也被压碎，氢原子和氧原子成为游离态，甚至核外电子逃离成为自由电子，核聚变可能会被激发。

但这时，水早就不是水了，而是氢原子和氧原子的混合气体了，这种气体在高压下很可能是一种原子汤稠密半流体状态。有人认为这个压力极限在几十亿个大气压。

人类在制造金属氢时达到了325万个大气压，这是迄今为止人类能够达到的最高压力，因此上述水在几百万以上高压下的表现实际上是一个理论值。

因此水被压缩100倍的状态是不存在的，不可能存在100立方米水压缩成1立方米的物质。

水的压缩状态会有一个质变过程，在压力临界点之前，体积变化很小，一旦突破了这个临界点，水就不是水了，状态和体积都会发生剧变。但如果一定要说压缩100倍后是个什么状态，只能说这个物质从过去每立方米1吨的水变成了100吨，这个密度在宇宙天体中根本算不了什么。

当我们太阳的末日，变成白矮星的时候，这个密度就比这个大多了，还要增加10万倍以上。100立方米水压成1个立方米，只不过压缩了100倍，1个立方米水由过去的1吨变成了100吨，1个立方厘米密度才有100克重，而白矮星上的物质1个立方厘米却有1~10吨重。中子星上物质的密度1个立方厘米有10~20亿吨重。

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假如把一百立方米的水压缩成一立方米，结果会怎样？

至少在地球上是无法实现这个宏大梦想的，在我们人类的技术概念中，水还是属于不可压缩的那种物质（可以压缩一点点），比如水压机、油压机等都是用水或者油来传递压力的！但应该没有听说过气压机吧，因为气体是可压缩的，因此我们会有气动工具，或者气缸来释放与储备能量等！

假如将一百立方米压缩成一立方米，那么他的密度就是100吨/立方米，自然界中密度最大的元素是金属锇,密度为22.6克/立方厘米，换算过来大约是22.6吨/立方米，各位最喜欢的金属金也只有19.32吨/立方米！

那么100吨/立方米的物质是什么呢？我们来查查地球中心物质的密度是多少的？

地核的平均密度为10.7g/立方厘米，换算一下约为10.7吨/立方米，而地球的平均密度为5.5吨/立方米！看来地球中心的物质并不是我们想要的！

木星内核的密度是多少呢？据资料查询木星内核密度和太阳核心密度差不多，是120-150吨/立方米，看来这就是我们想要找的物质了，有很多朋友认为100吨/立方米和太阳核心密度差不多，因此认为到了这个密度，这100吨水压缩成的1吨的某种物质就开始核聚变了？

但看起来似乎并不是这样，就如白矮星那真正简并态物质也只有核心部分，外围并非都是简并态物质，或者说中子星的结构：

中子星的外壳也并非全部有中子星物质组成，而是白矮星物质！因此这100吨/一立方米的物质并不足以发生核聚变，也许只是以一种奇异物质的方式存在而已！

那么上文留下了一个问题，为什么太阳密度和木星差不多，而太阳为何会燃烧木星却不会呢？刚解释了还要看压力的大小和这个奇异物质的范围大小，比如太阳的核心都比木星大，而木星的核心却之后太阳的千分之一大小，这两者在同一个数量级上吗？太阳内核压力为2500亿个以上，而木星内核只有4000-4500万个大气压，看来确实不在同一个级别！

星辰大海路上的种花家

将100万立方米的水压缩到1立方米，会发生什么？这是一个有趣的问题。

“液体不能被压缩”是一个为了简化计算而确立的概念。事实上，对液体施加压力是可以改变它的体积的，只是这个改变非常微小，微小到可以不影响计算结果。那么，能不能大幅度增加液体的密度呢？

我们先从原子的结构说起。

大家都知道，原子是由原子核和核外电子构成。原子的质量99%以上集中在原子核上，但原子核只占原子体积的非常小的比例。

图：

氦原子结构示意图

从上图可见，原子体积的绝大部分是被电子云占据的。原子的内部实际上是非常的“空旷”。这就给压缩原子提供了空间。

自然界中发生的“压缩”现象

如果提供住够大的压力，任何物质都可以被压缩。在自然界这种情况是非常常见的。当然，这个自然界是指的宇宙。

如同太阳这么大的恒星，在核聚变燃料耗尽后，会发生重力坍缩，在巨大的万有引力作用下，会形成一种叫“白矮星”的星体，一颗质量与太阳相当的白矮星体积只有地球一般的大小。这个时候，原子核外的电子被压缩到了最低能量级。此时物质的密度达到了1吨/cm³。

图：白矮星

如果恒星残余核心的质量大于1.4个太阳质量（钱德拉塞卡极限），万有引力的压力会把电子压入原子核，形成中子星。中子星的密度为8千万吨～20亿吨/cm³。

图：中子星

如果恒星残余的核心大于3.2倍太阳质量（奥本海默极限），就没有什么可以阻止恒星的重力坍缩了。它会成为一个黑洞。黑洞密度的计算方法与上面不一样，它的体积是黑洞的“视界”，黑洞的质量越大，视界半径就越大，所以它的密度会随着质量的增大而减小，超大质量的黑洞甚至比空气的密度还小。当然，它的核心被认为是一个密度无限大的“奇点”。

图：黑洞

100万立方米的水被压缩到1立方米的体积，密度为100万吨/m³，也就是1吨/cm³，对比上面的数据看出，已经达到了白矮星的密度，但远未达到中子星的密度。

压缩水的过程中会发生什么？

由于水的组成为氢和氧元素，在压缩过程中，温度会急剧升高。在压力和高温的作用下，会首先启动氢的核聚变，然后是氦的核聚变……最终水里的氢原子会被聚变到碳，最终得到一个碳、氧核。当然，由于核聚变会使质量转变成能量并散失掉，最终得到的质量会比100万吨少一些。

讲科学堂

按正常的情况来算，水在4摄氏度左右时，密度最大，也就是10^3kg/m^3,所以说，100立方米的水原本的质量是100吨。把这么100吨的水压缩到只有1立方米体积大小，此时的密度为100吨/每立方米，又因为1立方米等于100万立方厘米，所以，此时的奇异物质密度为100克每立方厘米。

地球的平均密度是每立方厘米5.5克，所以此时的奇异物质密度是地球平均密度的18倍，那么它是什么样的一团物质呢？

宇宙中白矮星的密度大约为1吨每立方厘米，所以，被压缩后的这团奇异物质还没有达到白矮星物质密度的级别。

我们再来寻找一下宇宙中哪里的物质有100克每立方厘米的密度。答案就在太阳核心处，在太阳核反应区中，物质密度达到了150000 kg/m^3，换算一下也就是150克每立方厘米，大概符合刚才得出的数据。

所以，这是一团近似于太阳核心处稍边缘地带的等离子态物质，温度极高，应该在1000万摄氏度左右，此时，你看着那团被压缩的水，随着体积越来越小，温度越来越高，渐渐地发出耀眼的光芒，蕴含着恐怖的能量。

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答：此时密度为100吨每立方米，几乎就是太阳核心的密度，估计氢原子已经达到聚变条件。

首先，只要压力足够高，水也是可以压缩的，比如1万米深的海底，水的体积就被压缩了大约1.8%；水分子由一个氧原子和2个氢原子构成，原子之间以化学键连接。

在原子中，原子核的直径只有整个原子直径的百万分之一，在外部作用力的情况下，原子之间的距离是可以被压缩的，此时单个原子的电子云向内挤压，物质密度增加。

把一百立方米的水压缩成一立方米，密度为100g/cm^3，这几乎就是太阳内部的密度，压强有1000亿个大气压。

被压缩的物体温度会升高，加上如此高的压力，水分子的化学键已经被破坏，氧原子和氢原子均以等离子体形式存在；如果温度足够高，其中的氢原子还会发生核聚变，聚变生成氦原子，并释放大量能量。

在宇宙中，存在很多密度极端的物质，比如：

（1）地球核心的密度，大约是11g/cm^3，主要由铁镍元素组成；

（2）太阳核心密度，大约100~150g/cm^3，主要由氢、氦元素组成；

（3）白矮星密度，0.1~10t/cm^3，主要由碳、氧、硅等等元素组成；

（4）中子星密度，10^8~10^9t/cm^3，由中子组成。

极端条件下的物质，密度几乎决定了物质的性质，一百立方米的水压缩成一立方米，最接近太阳内部的情况。

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从常识来看，气体较容易压缩。但是液态和固态压缩就非常难了。想把水从一百立方米压缩到一立方米技术上达不到。

但是从理论上讲任何物质只要外力足够大就可以被压缩。从原子层次来看，原子内部包含原子核和核外电子，而原子核的直径只占到原子直径的二十万分之一，核外电子几乎可以忽略，所以微观层次来看是有压缩空间的。如果技术可以甚至能把这100立方米的水直接压缩成黑洞。

100立方米的水压缩成1立方米密度变为100吨/立方米，大约是100g/立方厘米。这个密度下水分子键应该会被破坏，变为离子态。水分子中含有氢原子正好是核聚变的原材料。

被压缩后的水密度差不多达到了太阳内核处的密度，微观粒子运动剧烈温度升高，碰撞发生核聚变的几率升高，在这团水的内部很可能会发生核聚变像太阳一样释放能量。

科学黑洞

假设能把100立方米的水压缩成1立方米，那水将不再是水。它的内部很可能会发生剧烈的核聚变反应，但是以目前的科学技术水平是做不到这一点的。

首先，我们来看看水为什么可以被压缩？

其实在很多人看来，水是不能够被压缩的，我们只能改变水的的存在状态，使它在气态、液态和固态之间互相转换，但是不论怎样转换它依旧还是水，分子式还是H2O，不会变成其它物质。但是其实水是可以被压缩的，因为水分子是由一个氧原子和两个氢原子构成的，而不论哪种原子，它的内部空间都极其广大。因为原子是由原子核和电子组成的，原子的直径数量级为10^(-10)米，那么它的体积的数量级就有　10^(-30) 立方米而原子核的直径数量级为10^(-15)米，则它的体积的数量级就有　10^(-45) 立方米可见，原子核的体积与原子的体积数量级之比是　10^(-45) / 10^(-30)＝10^(-15) 也就是说，原子核的体积仅占整个原子的几千亿分之一，而电子比原子核更小，也就是说原子内部绝大部分空间都是空的，只要有足够的压力，原子都是可以被压缩的，所以水当然也可以被压缩。

其次，一百立方米的水被压缩后成一立方米之后还会是水吗？

100立方米的水被压缩成1立方米，也就是说密度达到了100吨/立方米，而据测算，太阳的核心密度是150吨/立方米，也就是说此时“水”的密度已经跟太阳如此密度已经很接近了，而密度是一个物质的基本属性，密度发生变化，物质也就不是原来的那个物质了，所以此时的“水”也就不再是水了。

再次，不断压缩的过程就是宇宙大爆炸中物质从无到有的过程

如果在上述的基础上继续进行压缩，压力继续增大，原子核靠的更近，那么在伽莫夫因子条件下，它们将在一定概率下穿越库仑斥力壁垒结合在一起，这就是氢弹爆炸的链式反应第一步！如果这种水中含有重水也就是氘原子，那么一个氘原子和一个氢原子结合就会生成氦三原子，继续施压这些物质会继续反应，氦三结合会形成氦四，而氦四后的反应顺序则为：氦-4 → 铍-8 → 碳-12 → 氧-16 → 氖-20 → 镁-24 → 硅–28 → 硫–32 → 氩–36 → 钙–40 → 钛–44 → 铬–48 → 铁–52 → 镍–56 只要压力无限的变大，这就是物质就会不断的进行转变，这也就是宇宙中物质产生的一个过程。

最后，如果对地球进行无限压缩会怎样？

回答了以上问题，我们再来看一个有趣的问题，如果对地球进行无限压缩，那会怎么样呢？答案是当地球的半径小于9毫米时候，也就是当地球像一颗小豌豆那么大时，它就会由于承受不住自身的重力而发生塌缩，变成一个小黑洞。也就是说在豌豆大小的体积里面包含了我们这个世界所有的一切！所有的人类和动物，金属矿物森林房屋山川河流海洋都在这个豌豆大小的世界中，这是不是很有趣？但这个豌豆也相当的危险，如果它发生大爆炸，可能又会被另一种智慧生物称之为“宇宙”。