在地球上把一立方的水压缩成一立方厘米可行吗?如果可行,有哪些方法?
▍▓在地球上把一立方的水压缩成一立方厘米可行吗?如果可行,有哪些方法?
水是很难压缩的。不光是水,液体都比较难以压缩。
随着压强和温度的增加,液体的密度会有极其微小变化,大多数情况下可以忽略其影响,因此液体的密度是一个常数。
根据液体这个性质,法国B.帕斯卡在1653年提出了帕斯卡定律,指出由于液体的流动性和密度不变性,封闭容器中,不可压缩静止流体中任一点受外力产生压力增值后,此压力增值会瞬时间传至静止流体各点。
人们利用这一原理制成水压机和各种液压设备,可以用比较小的力使压力逐级放大,取得巨大的压力。比如万吨水压机,在巨大的压力下,水并没有被压缩,而是将压力原封不动的通过机械放大传递出去。
所以,在地球上,只有气体能够比较容易的压缩,要使1立方米的水压缩成0.99立方米都做不到,怎么可能压缩成0.000001立方米呢?
这种把除气体以外的物质,压缩1000000倍的情况只有在白矮星上才能做到。
白矮星上面重力和压力巨大,使物质的性质发生了变化,因此从原则上来讲,它不是把水压缩小了,而是从根本上改变了水的性质,使其变成了一个电子简并态的物质,再也不是水了。
白矮星是一个中等恒星(小于太阳质量8倍的恒星)死亡后的残骸,比如太阳的最终结局就会成为一颗白矮星。这是由于太阳中心核聚变的燃料已经燃烧殆尽,没有了巨大能量的支撑导致中心坍缩,巨大的引力把太阳收缩为一个致密的小球,这个球只有地球大小,比原来的体积小了129万倍。
当然这个质量已经没有原来太阳大,因为由于引力变小难以吸引外围物质,太阳变成一个红巨星,膨胀部分渐渐崩溃散发到太空,减少了一部分质量,但中心那个变成白矮星的质量还是占有太阳的大部分。
一个那么巨大的恒星缩小成如此一个小球,这个表面重力的巨大可想而知。但中子星、黑洞的情况更极端。
白矮星的表面重力等于地球表面重力的10亿倍。在这样的高压下,原子都被压碎了,电子脱离了轨道变成了自由电子,原来被电子膨胀充盈的99的原子空间被压缩了,原子被挤在了一起,所有的物质都不在是原来的物质,成了单一的一种简并态物质。
宇宙中还有比这更极端很多的物质,中子星就比白矮星要极端多了,一个比太阳大8倍以上的恒星大爆炸后,中心收缩成一个半径10公里的球,上面的1立方厘米有10亿吨重!想想都可怕。
当然这个中子星与黑洞相比,又是小巫见大巫了,黑洞中心是一个没有体积的奇点,质量却有几百万乃至几百亿个太阳质量!
但这些物质早已经就不是我们地球上的物质了,所以所谓水压缩100万倍一立方米压缩成一立方厘米的说法在地球上是行不通的,而且不能简单的用压缩来表述,那是一种极端的崩塌,物质的蜕变。
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▍ℋ在地球上把一立方的水压缩成一立方厘米可行吗?如果可行,有哪些方法?
我们先来看,在一个标准大气压下,在3.98摄氏度时,水的密度刚好为1000千克每立方米,也就是说一吨重每立方米。
如果把这个一立方米的一吨水极限压缩,一直压缩,压缩到体积仅有1立方厘米,这就变成了1立方厘米的物质足有一吨重。
那么,来看,这是什么样子的物质呢?
白矮星,没错,就是低质量恒星的演化末期产物。很显然,这是人力所不能及的,在地球上,人类没有办法将一立方米的水压缩成一立方厘米。
白矮星上的物质密度为1000000克每立方厘米,而地球的密度仅为5.5克每立方厘米,差距已经很明显。
简要说说白矮星的由来,低质量恒星(通常为8倍太阳质量以下的恒星),在演化末期时,抛掉了大部分的质量,当恒星核心还剩下不大于1.44倍的太阳质量时,就会成为一颗稳定的白矮星。
也就是钱德拉塞卡极限。
白矮星是恒星重力坍缩后的高密度产物,由于自身不再产生抵抗重力坍缩的能量,就是不再进行恒星核聚变,所以,能维持得了形状,保持这样的形态不再继续坍缩下去全靠电子提供的电子简并压,也就是泡利不相容原理。
▍✖在地球上把一立方的水压缩成一立方厘米可行吗?如果可行,有哪些方法?
如果把1立方米的液态水(假设密度为1000千克/立方米)压缩为1立方厘米,那么,它的密度将会剧增到10^9千克/立方米。这意味着1升这样的水,所具有的质量高达1000吨。事实上,这个密度已经达到了白矮星的级别。所谓的白矮星,已经不是普通的物质了,目前的人类根本不可能实现这样的极端压缩。
水是由水分子组成,如果给水不断加压,水分子之间的氢键会先断裂,密度逐渐增加。如果进一步压缩,将会导致水分子的氢氧键断裂,密度又进一步增加。到了这种程度,继续压缩将会变得很困难,因为氢原子和氧原子的外层电子之间会产生相当强大的排斥力,使得原子之间无法近距离接触。
只有压力变得足够大,才能导致原子的电子壳层破裂,原子核将会被紧密挤压在一起。由于泡利不相容原理,电子之间将会产生巨大的电子简并压力,这就更难克服了。到了这一步,物质的状态被称为电子简并态,其密度将会变得极高。在宇宙中,只有中低质量恒星在死亡后将会演变成这样的状态,这就是白矮星。
恒星是因为拥有极高的质量才能把自身压缩成白矮星,要知道,像太阳这样质量是地球33万倍、半径是地球109倍的庞然大物,被压缩成白矮星之后,其体型只有地球那么大。因此,人类根本没有办法把物体压缩成电子简并态。
▍+在地球上把一立方的水压缩成一立方厘米可行吗?如果可行,有哪些方法?
可以这样说,把水压缩到这种密度,完整形态的水分子就会被压碎,是不可能以分子形式存在的。这种密度也只有恒星塌缩能够达到。
一立方的水质量也就是一吨,也就是说要把一吨重的水压缩成老拇指大小。
宇宙中能和这媲美的,至少都是白矮星等特殊天体!
比如太阳从红巨星塌缩白矮星,这是太阳必须走的路,当物质燃烧完以后,由于没有足够能量抵抗万有引力,巨大的外壳会向内部塌缩挤压,形成一个至密的碳核,也就是白矮星。
白矮星的密度最少都是每立方厘米1000000克以上,也就是一吨,有些可以达到几十吨的量级。
也许你会说我天方夜谭。但可以告诉你,比这恐怖的高密度天体宇宙中还有,比如中子星,每立方厘米质量可以达到8000万吨到20亿吨质量。
一立方厘米的质量相当于亚洲最大人工湖――密云水库总蓄水质量。
再大的,就只有黑洞了……没人知道它的密度。
▍ℚ在地球上把一立方的水压缩成一立方厘米可行吗?如果可行,有哪些方法?
该设想不可行,违反科学现实。
在标准大气压下,纯水的密度为1000kg/m^3,若将一立方米水的体积压缩为一立方厘米,则水的密度会变为1000kg/cm^3,也就是说每立方厘米的水有一吨重,这样的密度也只有白矮星才有。
在给水加压的过程中,水的密度还没有达到一吨每立方厘米,水的分子结构就会破裂,组成水的氢氧原子结构也会随之崩塌,这个过程中会发生核反应,此时化学中的水已经不存在了,存在的只是一团凝聚态粒子。因此这个设想根本实现不了。
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