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强行压缩水会发生什么

时间:2023-08-03 06:49:01

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强行压缩水会发生什么

水由氢原子和氧原子构成,原子的质量主要集中在原子核上,但是原子核的体积非常非常小。

如果一个原子有一个足球场那么大,原子核只有足球场中间趴着的蚂蚁那么大。从体积上来说,原子的体积比原子核的体积要大10,000亿倍。

而且,在原子核外围运行的电子体积是无穷小。

所以,原子中间绝大部分都是空隙,当然是可以压缩的。通常水不能被压缩,是因为原子核和电子都带电,接近的时候会产生强大的斥力(包括简并压力)。

水难以压缩,但是也不是完全不能压缩。

大家坐好,现在我们就开始压缩水的旅程,看看在高压下水到底会发生什么变化。

在1万个大气压之内,水的体积几乎不会变。

在15万个大气压下,一个1米×1米×1米的立方体水,会变成0.99米×0.99米×0.99米,水的体积只会缩小百万分之1。

这个时候什么也不会发生。

继续增大压力,加压到45万个大气压。分子之间的距离缩短,分子内部的共价键断裂。然后氢原子在液体状态下旋转,部分电子脱离原子核的束缚。这个时候水会变颜色,从透明变成了不透明和黑色。

继续加压到480万个大气压,这个压力已经超过了地球最中心的压力(380万个大气压)。

这个时候水会突然从黑色变得有光泽,核外电子变成金属中的电子,这就是所谓的金属氢。

这样巨大的压力,可以用金刚石顶砧实现。

●2017年,美国哈佛大学西尔维拉团队最终在465到495 GPa之间的压力下制造出了金属氢。

480万个大气压,是地球上机械压力能够实现的极限。

在木星的内部也有这样的压力,所以木星的内部有一大团金属氢。

但是,即使压缩到这个程度,氢原子离能够产生核聚变的程度还差得很远。

继续加压到3000亿个大气压。这就是太阳内部的压力,这个时候水的体积会缩小到原来的1%。1米×1米×1米边长的水立方体,会压缩成0.22米×0.22米×0.22米的水立方体。

如果这个时候的水(当然这个时候已经不是水了,为了方便我们仍然这样叫)仍然维持常温,仍然不会发生核聚变。

因为这个时候原子核和原子核之间的距离仍然非常巨大,而且它们之间有强大的库伦斥力。

维持3000亿个大气压的压力,同时把水的温度加热到一千五百万度,才会产生极其缓慢的核聚变。

因为不可能4个原子核同时碰在一起,只有两个原子核按照概率碰撞,每4个氢原子平均要700万年才能变成一个氦原子。

这还要借助一种所谓的隧道效应,来跳过电斥力形成的能量壁垒(隧道效应的强弱和温度有关)。

在这种情况下,0.22m×0.22m×0.22m的氢氧混合等离子浆体只能放出0.04瓦的功率。连一个LED的灯珠都点不亮。

在地球上实现如此高的压力和温度,需要借助激光的光压。

这个装置通常用来模拟核爆炸,中国的模拟装置叫做神光,美国的叫做国家点火装置。

美国国家点火装置,位于加利福尼亚州,全称为:劳伦斯利弗莫尔国家实验室美国能源部国家点火设施,简称NIF。

这个装置使用192个激光器,把光束投射到靶室中间的一个含有聚变材料的微型玻璃球上,产生极高的温度和压力,点燃聚变材料。

NIF中使用的激光束从主振荡器开始,作为一个单一的低能(红外)激光脉冲,持续时间从100万亿分之一秒到250亿分之一秒。光束被分成48个新的光束,通过单独的前置放大器,每束光的能量会提高100亿倍。

然后,这48束光束中的每一束又分成4束新的光束,被送入192个主激光放大器系统。每束光通过特殊的玻璃放大器和可调反射镜来回传输,将光束再放大约15000倍,将其波长转换为紫外线。

最后,192束光被射入直径10米的真空靶室,在1/10,000亿秒的时间内,在激光器的聚焦中心可以产生1亿度的高温和1000亿个大气压,引发核聚变。

这是人类能够制造的最高的压力和温度,只有在这种情况下,水才会爆炸。

继续增加压力,把一立方米的水压缩成半径1.68*10^-26米的小球,水会变成一个吨级别的微型黑洞,就会把地球给吞掉。

但是,这是地球上的技术无法实现的。

理论上,欧洲强子对撞机可以制造出极其微小的黑洞,但是由于质量太小,黑洞会很快蒸发。

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网友评论
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显示评论内容(3)
  1. 上站,下站2023-12-29 03:28上站,下站[辽宁省网友]202.63.182.40
    我觉得可能会改变水的性质。
    顶1踩0
  2. 风中密码2023-11-09 20:35风中密码[内蒙古网友]202.149.236.220
    也许会产生更高的密度?
    顶8踩0
  3. 北泽槿2023-09-21 13:42北泽槿[安徽省网友]61.237.241.39
    会变成冰吗?
    顶0踩0
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