最容易壓縮的物質(zhì)應(yīng)該是氣體,比如水肺潛水中壓縮氣體瓶就是儲存高壓空氣的,氧氣瓶里的氧氣是壓縮的,但乙炔瓶中的乙炔是溶解在丙酮中的,還有液化石油氣這些已經(jīng)不能算壓縮了!但無論那種,都可以高壓方式儲存,那么液體也固體也能高度壓縮方式存在嗎?
分子間的距離與壓縮空氣或自氣體能被壓縮是因為氣體分子的間距很大,比如標準溫度下的氧氣分子平均距離為3納米,而一個氧分子的大小約為0.3納米,因此從理論上來看,氧氣可以被壓縮一千倍,但實際上常規(guī)氧氣瓶的壓力上限為15Mp(兆帕)換算為大氣壓就是147個大氣壓,也就是被壓縮了147倍,民用氧氣壓縮儲存,這已經(jīng)是極限了!
液體比如水分子之間的間距就已經(jīng)極小了,而且水有一種奇特的性質(zhì),它在高溫和低溫時都會膨脹,這使得它在地球上適合生命存在,因為水結(jié)的冰如果比水密度大,那估計就完蛋了,冰將會沉到海底,慢慢整個海洋都會結(jié)成冰!而冰浮在水面上,阻止了水進一步結(jié)冰,水下生命得以保存。
但水就很難壓縮了,那一點點間隙,理論上在100MPa的壓力下,水的體積可以被壓縮約4%,馬里亞納海溝最深處斐查茲海淵底部的水壓差不多就是這個壓力,所以那里的水真的會被壓縮了!正因為這種特性才可以做成水壓機,和油壓機中的介質(zhì)油脂具有同樣的效果,它們都是屬于分子間隙極小的液體。
水壓機的結(jié)構(gòu)
當然固體比液體更甚,所以在人類的這點微末道行下,液體和估計都不可能被大幅壓縮,即使我們常見的鍛打,也僅僅是消除應(yīng)力,晶粒細化和消除缺陷而已!
如果才能做到壓縮固體現(xiàn)代科技已經(jīng)能做到將黑不溜秋的碳加工成金剛石,也就是俗稱的鉆石,碳的密度1.8g/立方厘米,而金剛石的密度則是3.52g/立方厘米,幾乎就提高了一倍,當然這也是人類能夠達到的極限了,再高就只能實驗室里達到了,比如爆炸瞬間的高溫高壓,以及激光沖擊在物質(zhì)表面是局部產(chǎn)生的高壓,當然這些都無法和氫彈爆炸時內(nèi)核的壓力對比!
而在地球內(nèi)核因為厚厚的地殼,達到了400萬個大氣壓,這里的物質(zhì)能像流體一樣流動,也比鋼鐵還要堅硬!鐵鎳質(zhì)的內(nèi)核密度達到了10.7克/立方厘米,但其實鐵的密度是7.87克/立方厘米,也就高了1/3而已,所以固體壓縮是極其困難的!
還能再繼續(xù)壓縮嗎?
理論上當然是可以,壓縮在突破了電磁力所能支撐的極限后,就到了電子簡并力的量子力學世界,原子核外部的電子圍繞原子核運動時,由于費米子的泡利不相容原理,所以它們無法聚集在一起,因此當繼續(xù)被壓縮時,電子簡并力就會對抗比進一步壓縮,這就是恒星內(nèi)核的白矮星物質(zhì)!
行星狀星云的中心就是一顆白矮星
它們的壓力來自于引力坍縮,太陽的未來就是一顆白矮星!
繼續(xù)壓縮將成為中子星物質(zhì)
突破了電子簡并力極限,那么電子進入原子核,質(zhì)子與電子結(jié)合形成中子,但中子也是費米子,無法取得同一基態(tài),成為以中子簡并力支撐的中子星物質(zhì)。
中子星物質(zhì)繼續(xù)壓縮可能成為夸克星物質(zhì),最后可能成為黑洞!
有朋友經(jīng)常喜歡問一小塊中子星物質(zhì)到地球上后會怎么變化,其實中子星物質(zhì)就是原子核的密度,據(jù)說原子核和原子大小的差異就相當于乒乓球和體育館的差距一樣,你可以想象這個密度會增加多少倍!
中子星結(jié)構(gòu)
但它不會解壓縮,因為此時的中子星物質(zhì)全部都是中子構(gòu)成的物質(zhì),0號元素!脫離中子星后會變成自由中子,會在大約十分鐘內(nèi)衰變成質(zhì)子,并且釋放出0.782343MeV的能量,中子的質(zhì)量大約為中子的質(zhì)量是939.56MeV,虧損大約0.8‰左右的質(zhì)量,各位可以計算下了,一塊一立方厘米的中子星物質(zhì)大約有上億噸,這0.8‰虧損的質(zhì)量也是數(shù)萬噸,一克質(zhì)量完全轉(zhuǎn)化為能量就是廣島原子彈的能量!
各位可以大概估算下,一小塊中子星物質(zhì)在地球上后,它所釋放出來的能量到底有多大,可能以原子彈當量都不太好計算了!
人類能達到的極限壓縮是多少呢?人類能達到中子星內(nèi)部的條件嗎?可能不止!
人類能產(chǎn)生的最大壓力是在加速器內(nèi)部,大型強子對撞機內(nèi)部撞擊時產(chǎn)生的壓強,大約能達到宇宙大爆炸10^-12S時發(fā)生的事情,這個條件比中子星內(nèi)部的條件強不知道多少倍,僅次于黑洞!不過很可惜這些都無法用來壓縮宏觀物質(zhì),僅僅只能用來微觀甚至量子世界的科學研究。