水其实就是由一大堆水分子通过氢键构成的物质,需要注意的是,这些水分子并不是紧紧地挨在一起的,而它们之间的距离之所以难以被压缩,是因为水分子之间存在着强大的斥力。也就是说,如果我们对水施加足够的压力,那么这些水分子就可能会挨得更紧密,从宏观的层面来看,水的体积就被压缩了。
事实上,在已知的地球上最深的海沟——马里亚纳海沟的底部,海水的体积就被强大的压力(约1100个标准大气压)压缩了大约4.74%(注:与在1个标准大气压下的海水相比)。那么为什么我们一般都会认为,水是不可以被压缩的呢?答案其实很简单,那就是水分子之间斥力实在是太强了,以我们人类现在的实力,根本就无法创造出能够对水进行有效压缩的压力。
除此之外,水分子的内部也不是致密的,水分子的分子式为H2O,也就是说每一个水分子都是由两个氢原子和一个氧原子通过共价键构成,而在这些原子之间也是有间距的。进一步讲,这些原子又是由原子核和电子构成,在它们之间,依然是很空旷的,有多空旷呢?科学家告诉我们,原子的内部有99.9999%以上都是空的。
由此可见,只要压力足够大,水就可以被大幅度的压缩,那么问题就来了,假如把100立方米的水压缩成1立方米,结果会如何呢?
在这种情况下,水的体积缩小了整整100倍,如此巨大的压缩幅度已经超过了水分子之间的间距,这就意味着,水分子之间的氢键会发生断裂,那么我们是否就得到了一大堆“零散”的水分子呢?答案是否定的。
我们要压缩水就必须对水做功,从能量的角度来看,就是将外界的能量转化为水的内能,而内能又与温度密切相关,总的来说,一个物体的内能越高,其温度就越高。很明显,我们要把100立方米的水压缩成1立方米,就必须要有巨量的能量输入,而它们都会转化为水的内能(不考虑能量损耗)。
因此可以说,如果水被压缩成了这种程度,它的温度将会大幅上升,具体会升到多高呢?其实我们可以参考一个实例——太阳,由于太阳的质量巨大,其核心的物质就会在太阳自身的重力作用下被高度压缩,同时产生极高的温度。数据显示,太阳的核心温度高达1500万摄氏度,而在这里的物质密度大约为150克/立方厘米。
经过简单的计算我们就可以得到,当100立方米的水压缩成1立方米之后,物质密度就可以达到100克/立方厘米,这与太阳核心的物质密度已经差不了太多了,由此可见,当100立方米的水压缩成1立方米之后,其温度将会高得离谱。
只需要几千摄氏度的温度,水分子内部氢原子和氧原子的共价键就会断裂,而随着温度的进一步上升,原子内部的电子将会因为得到足够的能量而脱离原子核的束缚,物质的状态也就转化成了等离子体。因此可以说,在这种情况下,这些物质早就已经不是水了,而应该是一大堆等离子体。
但这还没有完,我们都知道,在太阳的内部,一直进行着氢的核聚变反应,简单地讲就是,密度极高的氢原子核在高温的环境下聚变成氦原子核,同时因为质量的亏损而向外释放出能量。需要指出的是,太阳核心的温度和物质密度并不是核聚变反应的最低要求,事实上,一个天体只需要具备8%的太阳质量,它自身重力就可以点燃核心的核聚变,从而演化成一颗恒星(红矮星)。
显而易见的是,一颗只有8%的太阳质量的恒星,其自身的重力将比太阳低得多,相应的其核心温度以及物质密度也要比太阳小得多,这可能还达不到我们把100立方米的水压缩成1立方米时所形成的环境。由此我们可以推测出,假如我们把100立方米的水压缩成1立方米,那么结果就是,这些水会被压缩成一大堆等离子体,与此同时,这些物质还可能会发生核聚变反应,成为一颗非常迷你的“恒星”。
出处:头条号 @魅力科学君