假如把一百立方米的水壓縮成一立方米,結果會怎樣?為什麼?

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在壓縮水的過程中,要明白都壓縮了什麼。

物質的屬性決定了首先被破壞掉的是形成時耗能最少的結構,那麼,首先被解決掉的是水中的雜物,這個你可以說是100立方純水,好吧,跳過此步驟,接下來是水分子之間的空隙,假定我們就是加壓而不是通過降溫的方法把體積搞小,那麼,水分子間的距離為30到60納米,當然,水分子不是都單身的,也有成家的,稱之為水團簇,這部分你可以壓縮大約50%的體積,再接下來就要對水分子本身下手了,因為分子鍵能量比原子本身要小,這一番壓縮使所有的氫和氧都分了家,原則上講這已經算不得水了,不過我們不管他,依舊繼續壓縮,這一層大約可以壓縮90%,還剩大約5%的體積沒壓縮,距離你的要求還差點,下面就要對原子本身下手了,繼續壓,實際上這已經算得上是簡併過程了,就是把外層電子壓進內層,而把內層電子扔進原子核,核外電子與質子親密結合後生出中子,好在這部分只對氧起作用,為啥哪?氫離子說,我外面就沒電子。這次的壓縮只能讓極小部分原子變成中子,因為極小部分就達標了,嗯,是極小部分就夠了,如果全部簡併,水可以壓縮到大約一百萬億分之一,當然,你還可以繼續壓,直到把中子壓縮到二次簡併的夸克態,或許還可以繼續壓,最後壓成一個小於普朗克長度的點。


一名普通老百姓


水很難壓縮,到了一定的壓力,水分子會分解,化學鍵斷裂,分解成氧和氫分子,這時就不是水了。

海水的密度為1.03,在萬米深海中達到1000多個大大氣壓,密度並沒有多大改變。因為水的密度與水溫關係更大,攝氏4度時,水密度是最大的,所以深海的水有時還沒有淺海密度大。

要把水壓縮到百分之一將導致水分子的分解,地球上沒有這麼大的壓力,人類也無法制造出這麼大的壓力,因此水永遠也無法壓縮到百分之一體積。

人們在確定物質的密度(比重)時,把水的密度確定為1,根據溫度和水裡含有的物質不同,大自然中的水比重在1上下浮動。

這個1就是代表1立方厘米的水為1克,1立方厘米就是1毫升。1立方米的水為100萬毫升,就是100萬克,1噸重。所以我們在買液體物質時常常用升(L)來衡量,1升就是1000毫升,一瓶酒500毫升,也就相當500克,就是1斤。當然乙醇的密度為0.789,我們平時喝的白酒裡面含有百分之幾十的乙醇,因此500毫升就沒有1斤。

水在壓力下會升溫,因此在壓力實驗中,需附以外部設備降溫。

隨著不斷的加壓,水會有如下表現:

當水在100個大氣壓時,液態水會處於冰凍狀態;壓力增至3445個大氣壓時,同時溫度降低到-100度(攝氏度,後同),會形成高壓冰,分子間距縮小;高壓冰隨著壓力增加,會達到六方晶體,水分子間隙越來越小,密度增加。

但這種密度增加是很微弱的,因此體積縮小不了多少,一般可以忽略不計。

這時如果再增加壓力,幾百萬到上億壓力,這種變化也很微弱,一直到水分子化學鍵斷裂壓碎,氫分子、氧分子也被壓碎,氫原子和氧原子成為遊離態,甚至核外電子逃離成為自由電子,核聚變可能會被激發。

但這時,水早就不是水了,而是氫原子和氧原子的混合氣體了,這種氣體在高壓下很可能是一種原子湯稠密半流體狀態。有人認為這個壓力極限在幾十億個大氣壓。

人類在製造金屬氫時達到了325萬個大氣壓,這是迄今為止人類能夠達到的最高壓力,因此上述水在幾百萬以上高壓下的表現實際上是一個理論值。


因此水被壓縮100倍的狀態是不存在的,不可能存在100立方米水壓縮成1立方米的物質。

水的壓縮狀態會有一個質變過程,在壓力臨界點之前,體積變化很小,一旦突破了這個臨界點,水就不是水了,狀態和體積都會發生劇變。但如果一定要說壓縮100倍後是個什麼狀態,只能說這個物質從過去每立方米1噸的水變成了100噸,這個密度在宇宙天體中根本算不了什麼。

當我們太陽的末日,變成白矮星的時候,這個密度就比這個大多了,還要增加10萬倍以上。100立方米水壓成1個立方米,只不過壓縮了100倍,1個立方米水由過去的1噸變成了100噸,1個立方厘米密度才有100克重,而白矮星上的物質1個立方厘米卻有1~10噸重。中子星上物質的密度1個立方厘米有10~20億噸重。

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假如把一百立方米的水壓縮成一立方米,結果會怎樣?

至少在地球上是無法實現這個宏大夢想的,在我們人類的技術概念中,水還是屬於不可壓縮的那種物質(可以壓縮一點點),比如水壓機、油壓機等都是用水或者油來傳遞壓力的!但應該沒有聽說過氣壓機吧,因為氣體是可壓縮的,因此我們會有氣動工具,或者氣缸來釋放與儲備能量等!

假如將一百立方米壓縮成一立方米,那麼他的密度就是100噸/立方米,自然界中密度最大的元素是金屬鋨,密度為22.6克/立方厘米,換算過來大約是22.6噸/立方米,各位最喜歡的金屬金也只有19.32噸/立方米!

那麼100噸/立方米的物質是什麼呢?我們來查查地球中心物質的密度是多少的?

地核的平均密度為10.7g/立方厘米,換算一下約為10.7噸/立方米,而地球的平均密度為5.5噸/立方米!看來地球中心的物質並不是我們想要的!

木星內核的密度是多少呢?據資料查詢木星內核密度和太陽核心密度差不多,是120-150噸/立方米,看來這就是我們想要找的物質了,有很多朋友認為100噸/立方米和太陽核心密度差不多,因此認為到了這個密度,這100噸水壓縮成的1噸的某種物質就開始核聚變了?

但看起來似乎並不是這樣,就如白矮星那真正簡併態物質也只有核心部分,外圍並非都是簡併態物質,或者說中子星的結構:

中子星的外殼也並非全部有中子星物質組成,而是白矮星物質!因此這100噸/一立方米的物質並不足以發生核聚變,也許只是以一種奇異物質的方式存在而已!

那麼上文留下了一個問題,為什麼太陽密度和木星差不多,而太陽為何會燃燒木星卻不會呢?剛解釋了還要看壓力的大小和這個奇異物質的範圍大小,比如太陽的核心都比木星大,而木星的核心卻之後太陽的千分之一大小,這兩者在同一個數量級上嗎?太陽內核壓力為2500億個以上,而木星內核只有4000-4500萬個大氣壓,看來確實不在同一個級別!


星辰大海路上的種花家


將100萬立方米的水壓縮到1立方米,會發生什麼?這是一個有趣的問題。

“液體不能被壓縮”是一個為了簡化計算而確立的概念。事實上,對液體施加壓力是可以改變它的體積的,只是這個改變非常微小,微小到可以不影響計算結果。那麼,能不能大幅度增加液體的密度呢?

我們先從原子的結構說起。

大家都知道,原子是由原子核和核外電子構成。原子的質量99%以上集中在原子核上,但原子核只佔原子體積的非常小的比例。

圖:


氦原子結構示意圖

從上圖可見,原子體積的絕大部分是被電子雲佔據的。原子的內部實際上是非常的“空曠”。這就給壓縮原子提供了空間。

自然界中發生的“壓縮”現象

如果提供住夠大的壓力,任何物質都可以被壓縮。在自然界這種情況是非常常見的。當然,這個自然界是指的宇宙。

如同太陽這麼大的恆星,在核聚變燃料耗盡後,會發生重力坍縮,在巨大的萬有引力作用下,會形成一種叫“白矮星”的星體,一顆質量與太陽相當的白矮星體積只有地球一般的大小。這個時候,原子核外的電子被壓縮到了最低能量級。此時物質的密度達到了1噸/cm³。

圖:白矮星



如果恆星殘餘核心的質量大於1.4個太陽質量(錢德拉塞卡極限),萬有引力的壓力會把電子壓入原子核,形成中子星。中子星的密度為8千萬噸~20億噸/cm³。

圖:中子星

如果恆星殘餘的核心大於3.2倍太陽質量(奧本海默極限),就沒有什麼可以阻止恆星的重力坍縮了。它會成為一個黑洞。黑洞密度的計算方法與上面不一樣,它的體積是黑洞的“視界”,黑洞的質量越大,視界半徑就越大,所以它的密度會隨著質量的增大而減小,超大質量的黑洞甚至比空氣的密度還小。當然,它的核心被認為是一個密度無限大的“奇點”。

圖:黑洞

100萬立方米的水被壓縮到1立方米的體積,密度為100萬噸/m³,也就是1噸/cm³,對比上面的數據看出,已經達到了白矮星的密度,但遠未達到中子星的密度。

壓縮水的過程中會發生什麼?

由於水的組成為氫和氧元素,在壓縮過程中,溫度會急劇升高。在壓力和高溫的作用下,會首先啟動氫的核聚變,然後是氦的核聚變……最終水裡的氫原子會被聚變到碳,最終得到一個碳、氧核。當然,由於核聚變會使質量轉變成能量並散失掉,最終得到的質量會比100萬噸少一些。


講科學堂


按正常的情況來算,水在4攝氏度左右時,密度最大,也就是10^3kg/m^3,所以說,100立方米的水原本的質量是100噸。把這麼100噸的水壓縮到只有1立方米體積大小,此時的密度為100噸/每立方米,又因為1立方米等於100萬立方厘米,所以,此時的奇異物質密度為100克每立方厘米。

地球的平均密度是每立方厘米5.5克,所以此時的奇異物質密度是地球平均密度的18倍,那麼它是什麼樣的一團物質呢?

宇宙中白矮星的密度大約為1噸每立方厘米,所以,被壓縮後的這團奇異物質還沒有達到白矮星物質密度的級別。

我們再來尋找一下宇宙中哪裡的物質有100克每立方厘米的密度。答案就在太陽核心處,在太陽核反應區中,物質密度達到了150000 kg/m^3,換算一下也就是150克每立方厘米,大概符合剛才得出的數據。

所以,這是一團近似於太陽核心處稍邊緣地帶的等離子態物質,溫度極高,應該在1000萬攝氏度左右,此時,你看著那團被壓縮的水,隨著體積越來越小,溫度越來越高,漸漸地發出耀眼的光芒,蘊含著恐怖的能量。

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答:此時密度為100噸每立方米,幾乎就是太陽核心的密度,估計氫原子已經達到聚變條件。


首先,只要壓力足夠高,水也是可以壓縮的,比如1萬米深的海底,水的體積就被壓縮了大約1.8%;水分子由一個氧原子和2個氫原子構成,原子之間以化學鍵連接。

在原子中,原子核的直徑只有整個原子直徑的百萬分之一,在外部作用力的情況下,原子之間的距離是可以被壓縮的,此時單個原子的電子雲向內擠壓,物質密度增加。


把一百立方米的水壓縮成一立方米,密度為100g/cm^3,這幾乎就是太陽內部的密度,壓強有1000億個大氣壓。

被壓縮的物體溫度會升高,加上如此高的壓力,水分子的化學鍵已經被破壞,氧原子和氫原子均以等離子體形式存在;如果溫度足夠高,其中的氫原子還會發生核聚變,聚變生成氦原子,並釋放大量能量。


在宇宙中,存在很多密度極端的物質,比如:

(1)地球核心的密度,大約是11g/cm^3,主要由鐵鎳元素組成;

(2)太陽核心密度,大約100~150g/cm^3,主要由氫、氦元素組成;

(3)白矮星密度,0.1~10t/cm^3,主要由碳、氧、硅等等元素組成;

(4)中子星密度,10^8~10^9t/cm^3,由中子組成。

極端條件下的物質,密度幾乎決定了物質的性質,一百立方米的水壓縮成一立方米,最接近太陽內部的情況。


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從常識來看,氣體較容易壓縮。但是液態和固態壓縮就非常難了。想把水從一百立方米壓縮到一立方米技術上達不到。

但是從理論上講任何物質只要外力足夠大就可以被壓縮。從原子層次來看,原子內部包含原子核和核外電子,而原子核的直徑只佔到原子直徑的二十萬分之一,核外電子幾乎可以忽略,所以微觀層次來看是有壓縮空間的。如果技術可以甚至能把這100立方米的水直接壓縮成黑洞。


100立方米的水壓縮成1立方米密度變為100噸/立方米,大約是100g/立方厘米。這個密度下水分子鍵應該會被破壞,變為離子態。水分子中含有氫原子正好是核聚變的原材料。

被壓縮後的水密度差不多達到了太陽內核處的密度,微觀粒子運動劇烈溫度升高,碰撞發生核聚變的幾率升高,在這團水的內部很可能會發生核聚變像太陽一樣釋放能量。



科學黑洞


假設能把100立方米的水壓縮成1立方米,那水將不再是水。它的內部很可能會發生劇烈的核聚變反應,但是以目前的科學技術水平是做不到這一點的。


首先,我們來看看水為什麼可以被壓縮?


其實在很多人看來,水是不能夠被壓縮的,我們只能改變水的的存在狀態,使它在氣態、液態和固態之間互相轉換,但是不論怎樣轉換它依舊還是水,分子式還是H2O,不會變成其它物質。但是其實水是可以被壓縮的,因為水分子是由一個氧原子和兩個氫原子構成的,而不論哪種原子,它的內部空間都極其廣大。因為原子是由原子核和電子組成的,原子的直徑數量級為10^(-10)米,那麼它的體積的數量級就有 10^(-30) 立方米 而原子核的直徑數量級為10^(-15)米,則它的體積的數量級就有 10^(-45) 立方米 可見,原子核的體積與原子的體積數量級之比是 10^(-45) / 10^(-30)=10^(-15) 也就是說,原子核的體積僅佔整個原子的幾千億分之一,而電子比原子核更小,也就是說原子內部絕大部分空間都是空的,只要有足夠的壓力,原子都是可以被壓縮的,所以水當然也可以被壓縮。

其次,一百立方米的水被壓縮後成一立方米之後還會是水嗎?

100立方米的水被壓縮成1立方米,也就是說密度達到了100噸/立方米,而據測算,太陽的核心密度是150噸/立方米,也就是說此時“水”的密度已經跟太陽如此密度已經很接近了,而密度是一個物質的基本屬性,密度發生變化,物質也就不是原來的那個物質了,所以此時的“水”也就不再是水了。

再次,不斷壓縮的過程就是宇宙大爆炸中物質從無到有的過程

如果在上述的基礎上繼續進行壓縮,壓力繼續增大,原子核靠的更近,那麼在伽莫夫因子條件下,它們將在一定概率下穿越庫侖斥力壁壘結合在一起,這就是氫彈爆炸的鏈式反應第一步!如果這種水中含有重水也就是氘原子,那麼一個氘原子和一個氫原子結合就會生成氦三原子,繼續施壓這些物質會繼續反應,氦三結合會形成氦四,而氦四後的反應順序則為: 氦-4 → 鈹-8 → 碳-12 → 氧-16 → 氖-20 → 鎂-24 → 硅–28 → 硫–32 → 氬–36 → 鈣–40 → 鈦–44 → 鉻–48 → 鐵–52 → 鎳–56 只要壓力無限的變大,這就是物質就會不斷的進行轉變,這也就是宇宙中物質產生的一個過程。

最後,如果對地球進行無限壓縮會怎樣?

回答了以上問題,我們再來看一個有趣的問題,如果對地球進行無限壓縮,那會怎麼樣呢?答案是當地球的半徑小於9毫米時候,也就是當地球像一顆小豌豆那麼大時,它就會由於承受不住自身的重力而發生塌縮,變成一個小黑洞。也就是說在豌豆大小的體積裡面包含了我們這個世界所有的一切!所有的人類和動物,金屬礦物森林房屋山川河流海洋都在這個豌豆大小的世界中,這是不是很有趣?但這個豌豆也相當的危險,如果它發生大爆炸,可能又會被另一種智慧生物稱之為“宇宙”。

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科學探秘007


在很多人的傳統認知裡,已經默認水是不能被壓縮的,在初中物理課上估計很多老師都是這麼講的!

但事實上,任何物質都可以被壓縮,哪怕是鐵塊金塊也不例外,只要有足夠的壓力都可以做到,這與原子的結構有關!

我們都知道原子是由原子核和電子組成的,而原子核的大小僅佔整個原子的百萬分之一,而電子比原子核更小,也就是說原子內部絕大部分空間都是空的,所以只要有足夠的壓力,原子都是可以被壓縮的!

那麼一百立方米的水被壓縮成一立方米,也就是說密度達到了100噸/立方米,如此密度已經很大了,幾乎與太陽核心溫度一樣了,如此密度估計會引發聚變反應!

從100立方米到1立方米,很可能水不再是水,具體會是什麼我也無法確定,通過計算應該能推算出來,會是由更重的元素組成的物質!

可以預見的是,100立方米的水不但能被壓縮到1立方米,還可以被壓縮到更小的體積,直到成為白矮星,中子星,甚至是黑洞。

白矮星的密度為0.1-10噸/立方厘米,中子星的密度更恐怖,達到10的8次方噸/立方厘米,巨大的壓力把電子壓縮到原子核與質子結合成中子,只剩下中子了,所以叫中子星!

那麼比中子星密度更大的黑洞裡面是什麼?目前沒人知道,這是另外一個大問題,也是一個非常深奧的問題!


宇宙探索


確實理論上任何物質都可以進行壓縮,因為原子間會存在距離,原子內部也是有著巨大空隙的,就好比中子星一樣,巨大的壓力將原子結構都破壞掉。



如果從壓縮難度來看,一般情況下無疑是固>液>氣。但是液態就已經很難了,拿水為例我們知道著名的馬裡亞納海溝深度可以達到10000米,壓強巨大但水的密度也只比地面上的水密度大了4.96%。


回到題主的問題,一百立方米的水壓縮到一立方米意味著水的密度變為100噸每立方米!也就是100g/cm^3,結合數據中子星密度在1億噸每立方厘米,所以此時還沒有達到原子結構被破壞得程度,但是這個密度卻已經接近太陽核心的密度了,因此我們能夠得到一個結論:這個時候這團“水”開始核聚變了。

這是因為隨著水的不斷壓縮,水分子的化學鍵被破壞,溫度不斷升高,氧原子和氫原子均以等離子體形式存在,當溫度到達一定程序,核聚變就會開始。

所以這團水最終已經不能叫做水了,因為其分子結構已經被破壞。當然還要說的是現實情況下將水如此壓縮是不可能的。


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