03.02 在地球上把一立方的水壓縮成一立方厘米可行嗎?如果可行,有哪些方法?

建平-


如果把1立方米的液態水(假設密度為1000千克/立方米)壓縮為1立方厘米,那麼,它的密度將會劇增到10^9千克/立方米。這意味著1升這樣的水,所具有的質量高達1000噸。事實上,這個密度已經達到了白矮星的級別。所謂的白矮星,已經不是普通的物質了,目前的人類根本不可能實現這樣的極端壓縮。

水是由水分子組成,如果給水不斷加壓,水分子之間的氫鍵會先斷裂,密度逐漸增加。如果進一步壓縮,將會導致水分子的氫氧鍵斷裂,密度又進一步增加。到了這種程度,繼續壓縮將會變得很困難,因為氫原子和氧原子的外層電子之間會產生相當強大的排斥力,使得原子之間無法近距離接觸。

只有壓力變得足夠大,才能導致原子的電子殼層破裂,原子核將會被緊密擠壓在一起。由於泡利不相容原理,電子之間將會產生巨大的電子簡併壓力,這就更難克服了。到了這一步,物質的狀態被稱為電子簡併態,其密度將會變得極高。在宇宙中,只有中低質量恆星在死亡後將會演變成這樣的狀態,這就是白矮星。

恆星是因為擁有極高的質量才能把自身壓縮成白矮星,要知道,像太陽這樣質量是地球33萬倍、半徑是地球109倍的龐然大物,被壓縮成白矮星之後,其體型只有地球那麼大。因此,人類根本沒有辦法把物體壓縮成電子簡併態。


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