水可以壓縮嗎？

我們?nèi)粘Ｉ钪兄酪簤合到y(tǒng),，液壓系統(tǒng)說(shuō)白了就是利用液體的壓力來(lái)傳輸動(dòng)力,。給人的一種感覺(jué)是液體，或者說(shuō)水是不能被壓縮的,。

但事實(shí)真的是如此嗎,？答案當(dāng)然是否定的，事實(shí)上,，只要足夠給力,，萬(wàn)物即可壓。

今天,，我們就來(lái)好好聊一聊：水是不是可以被壓縮,？

體積模量

要了解這個(gè)問(wèn)題，我們就得像了解一下水的結(jié)構(gòu),。我們都知道,，萬(wàn)物都是由原子構(gòu)成的，水也不例外,。首先,，水是由水分子構(gòu)成的，水分子則是由一個(gè)氧原子和兩個(gè)氫原子構(gòu)成的,。

衡量物質(zhì)能不能被壓縮,，我們常常用到的是體積模量的概念。這個(gè)體積模量也被叫做不可壓縮量,。具體來(lái)說(shuō),，就是當(dāng)一個(gè)物質(zhì)受到表面四周壓強(qiáng)時(shí)，形變程度的度量,。

不同的物質(zhì),，實(shí)際上，體積模量也不太一樣,。通過(guò)下圖,，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上,，水的體積模量并不算大,，鋼和金剛石在這方面的表面要遠(yuǎn)比水出色得多。也就是說(shuō),，從原子的層面來(lái)看這個(gè)問(wèn)題,，水實(shí)際上還是可以被壓縮的。只是壓縮的程度并不是肉眼可以直觀地看出來(lái)而已,。而體積模量相對(duì)較小的空氣,，壓縮的效果就非常明顯。

但你可能要說(shuō)了,，這些都是理論,，有沒(méi)有相關(guān)的實(shí)踐呢？

事實(shí)上,，這個(gè)還真的有,，有人真的有做過(guò)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，它們選用的就是體積模量非常大的金剛石來(lái)做,。

具體來(lái)說(shuō),，科學(xué)家是用金剛石對(duì)頂砧來(lái)壓縮水，這種設(shè)備儀器的強(qiáng)度常?？梢愿哌_(dá)幾十個(gè)GPa,。我們根據(jù)下圖，可以知道,，想要壓縮水,，這個(gè)壓強(qiáng)大概要給到1GPa到10GPa左右。因此,，利用金剛石對(duì)頂砧來(lái)操作這個(gè)實(shí)驗(yàn)是綽綽有余的,。

科學(xué)家在操作這個(gè)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程當(dāng)中，就在顯微鏡線觀察到了水被壓縮的過(guò)程,，液態(tài)水逐漸在超強(qiáng)的壓力逐漸變成固態(tài),，而后使得水分子之間的氫鍵斷裂，從低密度狀態(tài)壓縮成了高密度的狀態(tài),。也就是說(shuō),，持續(xù)地壓縮，實(shí)際上水會(huì)被壓成“固體”,，但是這個(gè)“固體”不同于我們常見(jiàn)的冰,，而是密度要遠(yuǎn)高于冰的固體。

因此,，水其實(shí)是可以被壓縮的,，而且在壓縮過(guò)程當(dāng)中，會(huì)發(fā)生化學(xué)鍵的斷裂,。

原子層面

其實(shí)水能被壓縮還可以從原子層面來(lái)看,，我們都知道，萬(wàn)物都是由粒子構(gòu)成,，水也是如此,，一般來(lái)說(shuō)，粒子并不是整整齊齊排列的,，而是比較散漫的,。

這就意味著,，粒子之間是有空間的，而不是緊挨在一起的,。所以,，在保留原子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，壓縮的本質(zhì)實(shí)際上是壓縮粒子之間的空間,，而在壓縮的狀態(tài)過(guò)程中,，物質(zhì)就會(huì)呈現(xiàn)出不同的狀態(tài)來(lái)。上文用金剛石對(duì)頂砧來(lái)壓縮水,，其實(shí)就是停留在這個(gè)層面的實(shí)驗(yàn)操作,，如果還要壓縮水，以人類目前的科技水平可能未必可以實(shí)現(xiàn),。假設(shè)我們擁有那樣的技術(shù),，此時(shí)會(huì)發(fā)生什么呢？

實(shí)際上,，這個(gè)時(shí)候,，有一個(gè)種叫做電子簡(jiǎn)并壓的量子效應(yīng)。具體來(lái)說(shuō)是這樣的,，原子實(shí)際上是電子和原子核構(gòu)成的,。

當(dāng)我們開(kāi)始?jí)嚎s原子結(jié)構(gòu)時(shí)，外層的電子就會(huì)受到壓力,，此時(shí)由于有泡利不相容原理的存在,，電子就會(huì)產(chǎn)生抵抗外界壓力的力，這就是電子簡(jiǎn)并壓,。

如果外界壓力小于這個(gè)電子簡(jiǎn)并壓,，那原子的結(jié)構(gòu)還會(huì)得以保留。如果外界壓力要大于電子簡(jiǎn)并壓,，那么電子就會(huì)被壓入到原子核當(dāng)時(shí),。實(shí)際上，這個(gè)物質(zhì)就會(huì)變成中子星物質(zhì),。意思是說(shuō),，這個(gè)物質(zhì)幾乎就是一坨中子。這是因?yàn)殡娮訅喝氲皆雍水?dāng)中,，電子和質(zhì)子會(huì)發(fā)生反應(yīng),，生成中子和中微子，中微子由于穿透力很強(qiáng),，產(chǎn)生后就跑掉,，所以，只剩下中子。

這個(gè)在宇宙中也時(shí)有發(fā)生,，恒星演化到晚期時(shí),，核心部位在引力作用下就有可能產(chǎn)生中子星。中子星屬于高密度的天體,，一勺中子星就上億噸重,。

宇宙中，除了中子星,，還有許多致密的天體，比如,，白矮星也是致密的天體,，只不過(guò)它是出于電子簡(jiǎn)并壓抵抗住引力的狀態(tài)。而黑洞則是比中子星還要?dú)埍┑拇嬖?，它的引力十分巨大,，以至于中子的?jiǎn)并壓都沒(méi)抵抗住，光到黑洞附近都會(huì)被吸進(jìn)去,，因此,，黑洞也是十分致密的天體。

所以,，從原子層面來(lái)看,，水也是可以被壓縮得，只不過(guò)會(huì)需要十分巨大的外力,，只是我們目前還不具備這樣的技術(shù)條件,。