压缩水(水能被压缩吗？强行压缩水会有什么严重的后果？)

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“水到底能被压缩吗？”这个问题看起来好像并不是一个很难回答的问题，但实际上科学家也为此做了很多尝试。如果是在初高中课堂上，老师在讲到液压系统的时候，大概率时会说：水无法被压缩。事实真的就是如此吗？

今天，我就来和你好好聊一聊。

水的结构

我们都知道，水的化学式是：H2O。一个水分子当中包含着两个氢原子和一个氧原子，具体的构成方式就像下图这样。

而水其实就是水分子构成的化合物。我们都知道物质一般有三态：气态、固态、液态。

构成液态水和固态水的水分子之间存在着氢键。因此，我们这里要搞清楚一个问题，那就是水分子并不是一个紧挨着一个的，事实上，分子之间是有间距的。

液态水、固态水和水蒸气说白了就是，构成它们的水分子之间间距是不同的。

以上就是水的结构大致情况。那这和“压缩水”有什么关系呢？

有空间可以压缩么？

压缩水分子的间距我们都知道，压缩其实就是让总体的体积缩小，这是从宏观的角度来看的。如果从微观视角来看，那就是分子间距的缩小。由于水分子并不是一个挨着一个的，因此，分子间距是可以被压缩的，不过，前提是外界的压力最够大。

压缩原子的空间除了分子间的空间可以被压缩，实际上，原子也是可以被压缩的。具体来说是这样的，我们上初高中时，老师常常会给我们展示一副类似于下图一样的原子结构图。

然而，这样的图并不准确，原子的原子核其实远比我们想象中的要小得多，如果我们把原子的大小看成一个足球场那么大，那原子核大概只有一只蚂蚁那么大。而电子实际上要远比原子核还要小，而电子在原子核外也不是做圆周运动的，实际上是呈现一种概率云的形式。我们不知道任意时刻，电子的具体位置信息，只知道它出现某个位置的概率有多高。

所以，原子的结构图更类似于下面这样。

正因为原子核和电子足够的小，所以，原子看起来更像是空心的，有大量的空间是可以被压缩的。

所以，对于“水”来说，我们可以压缩分子的间距，也可以压缩氢原子和氧原子本身。

压缩水

根据现有的理论，我们知道如果要压缩水，至少需要1万~10万个大气压，大概就是1GPa~10GPa。这确实是一个极其难做到的条件，在日常生活当中是不可能达到这么大的压力的，因此，我们才可以毫无顾虑地使用液压技术。

虽然日常生活中很难，但是在实验室当中要实现这个压力也不是不可能的。具体来说就是利用金刚石对顶砧压水。

在实验室当中，金刚石顶砧甚至可以做到几十个GPa，而压缩水的要求是1GPa~10GPa，所以，这在实验室当中是完全做得到的。事实上，科学家也确实实现了这个操作，他们通过显微镜来观测实验，他们发现“压缩水”的过程当中，水会出现类似于结冰的状态，如果减小压力，水就会恢复到原来的状态。

而利用金刚石顶砧来实现“压缩水”的本质其实就是通过外界的巨大压强来破坏水分子之间的氢键，压缩水分子之间的间距。

金属水

如果还能够对水继续加压，那会如何呢？

如果压力达到1TPa（10^7个大气压），这时，水就会变成金属态。实验室确实做不到再增加更大的压力，不过，在宇宙中确实存在这许多极其高压的条件。比如：木星。木星的内部就存在这金属氢。

具体的原理其实是这样的压缩水，木星拥有巨大的压力，这就使得氢原子的电子摆脱了束缚，开始可以自由移动，也就显现出来了导电的特性。

中子星&黑洞

上文讲的这两种情况，一个是在分子层面，一个是在原子核外的层面。就如同之前所说的压缩水，原子几乎是空的，因此，理论上还可以继续往下压。同样的，这个压力在实验室里确实做不到，而宇宙当中是存在的。

如果压力继续增加，这个时候，电子会出现一种抵抗外界的“力”，这其实是一种量子效应，被我们称为电子简并压。

具体来说是这样的，在微观世界当中有个规则叫做泡利不相容原理。这个规则就要求电子在原子核外的排布的状态是不能一摸一样的，大家都得好好地排好队。而外界压力巨大时，就会迫使电子不好套路来地往最低能量状态去，但是由于泡利不相容原理的存在，所以，电子就会产生一种抵抗外界的压力。

当然，如果压力足够大，这时候电子就会扛不住，于是，就会被压入到原子核内，电子和原子核内的质子发生反应，生成中子和中微子。我们都知道，原子序数和质子数有关，质子数如果发生变化，元素种类都会发生改变。所以，这个时候的水就不再是水了，而是中子态，或者我们说是个中子星。

如果压力还继续增大，这时候就有可能变成一个黑洞。

不过，要做到这一点只有超大质量恒星的引力才可以，这要求这个恒星的质量至少在太阳质量的8倍以上。

通过上述，我们知道水其实是可以被压缩的，实验室里就可以做到。如果压力足够大，甚至可以改变构成水的元素，最终成为一颗中子星或者黑洞。

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