水和空氣都是流體，空氣可以被壓縮，水卻不行。一般我們認為液體是不可壓縮的，比如水壓機和油壓機就是通過液體來傳遞壓力的。 其實，一切物質(zhì)皆可以壓縮，因為分子與分子之間存在間隙，原子與原子之間也存在間隙，而原子內(nèi)部更是存在廣闊的空間，它的體積99%都集中在一個很小很小的原子核上。想要將它們壓縮，就需要克服分子、原子之間的斥力，但所需要的壓力極大，一般很難達到，所以通常認為液體和固體是不可壓縮的。 在常溫常壓下，純水的密度大約為1噸每立方米。海水中由于含有鹽等其它物質(zhì)，所以密度比純水高。 壓力可以改變物質(zhì)的密度。在地球海洋中，深度每下降10米左右，海水的壓力就會增加一個大氣壓。在1萬米的深海，那里的壓力達到了1000個標準大氣壓，是海平面壓力的1000倍。在巨壓之下，水依然是液態(tài)的，密度卻比海平面水的密度高了5%左右?？梢娝_實可以壓縮，只是比較難。 溫度的變化也可以改變水的密度。大多數(shù)物質(zhì)存在熱脹冷縮現(xiàn)象，可水在4℃～0℃時會出現(xiàn)反常膨脹現(xiàn)象，也就是熱縮冷脹。水在4℃左右時密度最大。此外，水結(jié)冰后，體積也會膨脹，不過冰依然遵循熱脹冷縮。罐裝飲料禁止冷凍就是為了防止爆瓶，特別是碳酸飲料。
100立方米的水大約100噸，壓縮成一立方米，那么它的密度將達到100噸每立方米。地球上密度最大的物質(zhì)是金屬鋨，它的密度大約為22.6噸每立方米，即使是地核的密度也比不上它。 100噸每立方米的物質(zhì)在地球上是不存在的，我們只能前往宇宙尋找它的身影。研究顯示，太陽內(nèi)核的密度大約在150噸每立方米左右，比100億噸每立方米高一些。 在宇宙中，100噸每立方米并不大，還有密度更高的物質(zhì)。白矮星上的物質(zhì)密度可以達到100萬噸每立方米，在這種狀態(tài)下，連原子核外的電子殼層都破碎了，處于此狀態(tài)下的物質(zhì)被稱為超固態(tài)物質(zhì)。而中子星上的物質(zhì)密度更是高達100萬億噸每立方米，處于這種狀態(tài)下的物質(zhì)被稱之為中子態(tài)，因為在這種狀態(tài)下連原子結(jié)構(gòu)也破碎了，核外電子已經(jīng)被壓進原子核，并與核中的質(zhì)子結(jié)合，變成了中子。密度再往上，達到臨界值，由于小范圍的空間內(nèi)聚集了太多物質(zhì)，連時空都會“破碎”，形成幾乎可以吞噬一切的黑洞。此時物質(zhì)去哪了，是什么狀態(tài)，連科學(xué)家都不知道！ 根據(jù)科學(xué)家的估計，太陽的內(nèi)部壓力相當于3000億個標準大氣壓。那想要把水的密度壓縮至100噸每立方米，估計至少需要上百億個大氣壓，這樣的壓力通常只有在恒星級別的天體中才能實現(xiàn)。 雖然人類已經(jīng)能夠在大型強子對撞機中產(chǎn)生僅次于黑洞內(nèi)部的壓力，不過這只適用于微觀物質(zhì)，根本無法用來壓縮宏觀物質(zhì)。所以，將100噸的水壓縮至一立方米，目前人類還沒有這個能力，根本辦不到。
水是由分子構(gòu)成的，只要施加壓力，分子間的間隙就會變小，密度就會增大，只不過在壓力不夠大時，這種變化并不明顯。壓縮做功會使物體的內(nèi)能增加，溫度升高。當壓力足夠大時，水分子不僅會緊緊地擠在一起，連水分子的化學(xué)鍵也會斷裂。此時，化學(xué)意義上的水就不存在了，取而代之的是由氫和氧構(gòu)成的特殊物質(zhì)——等離子體。 太陽內(nèi)部的高密度物質(zhì)是等離子體，溫度高達1500℃。太陽之所以會發(fā)光發(fā)熱，就源于內(nèi)部的核聚變反應(yīng)。如果100噸的水被壓縮至一立方米的空間范圍內(nèi)，是不是意味著有可能會發(fā)生氫核聚變，變成一個小太陽？事實并非如此，物質(zhì)密度達到100噸每立方米，所形成的高溫高壓條件還不足以和太陽內(nèi)部媲美，況且太陽內(nèi)部之所以能夠持續(xù)不斷地發(fā)生核聚變，還取決于質(zhì)量上的規(guī)模效應(yīng)。 人類一直致力于實現(xiàn)可控核聚變，可是由于很難讓核燃料處于太陽內(nèi)部那么高的壓力狀態(tài)下，所以必須要將核燃料的溫度提高至上億攝氏度，這樣才能發(fā)生核聚變。 如果人類真的有能力將100立方米的水壓縮至一立方米，這將需要產(chǎn)生超強的壓力，那么人類絕對就有能力實現(xiàn)可控核聚變了，那時人類應(yīng)該不用為能源問題苦惱了，這難倒不是開啟了新紀元嗎？ 點贊加關(guān)注，咱們下期見。 (公眾號：科學(xué)探索菌） |
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