如果人類能把100噸水裝到1立方米的容器中,或將開啟新紀元

薛定諤的貓 2021/07/31 檢舉 我要評論
 

哇!真的第一次見哎,知識不會,衹是姿勢不對;科學凡此種種,用人話講才能聽懂

文/天空之城團隊

 

水是可以壓縮的,只不過很難

水和空氣都是流體,空氣可以被壓縮,水卻不行。一般我們認為液體是不可壓縮的,比如水壓機和油壓機就是通過液體來傳遞壓力的。

其實,一切物質皆可以壓縮,因為分子與分子之間存在間隙,原子與原子之間也存在間隙,而原子內部更是存在廣闊的空間,它的體積99%都集中在一個很小很小的原子核上。想要將它們壓縮,就需要克服分子、原子之間的斥力,但所需要的壓力極大,一般很難達到,所以通常認為液體和固體是不可壓縮的。

在常溫常壓下,純水的密度大約為1噸每立方米。海水中由於含有鹽等其它物質,所以密度比純水高。

壓力可以改變物質的密度。在地球海洋中,深度每下降10米左右,海水的壓力就會增加一個大氣壓。在1萬米的深海,那裡的壓力達到了1000個標準大氣壓,是海平面壓力的1000倍。在巨壓之下,水依然是液態的,密度卻比海平面水的密度高了5%左右。可見水確實可以壓縮,只是比較難。

溫度的變化也可以改變水的密度。大多數物質存在熱脹冷縮現象,可水在4℃~0℃時會出現反常膨脹現象,也就是熱縮冷脹。水在4℃左右時密度最大。此外,水結冰後,體積也會膨脹,不過冰依然遵循熱脹冷縮。罐裝飲料禁止冷凍就是為了防止爆瓶,特別是碳酸飲料。

把100立方米的水壓縮成1立方米,需要多大的壓力?

100立方米的水大約100噸,壓縮成一立方米,那麼它的密度將達到100噸每立方米。地球上密度最大的物質是金屬鋨,它的密度大約為22.6噸每立方米,即使是地核的密度也比不上它。

100噸每立方米的物質在地球上是不存在的,我們只能前往宇宙尋找它的身影。研究顯示,太陽內核的密度大約在150噸每立方米左右,比100噸每立方米高一些。

在宇宙中,100噸每立方米並不大,還有密度更高的物質。白矮星上的物質密度可以達到100萬噸每立方米,在這種狀態下,連原子核外的電子殼層都破碎了,處於此狀態下的物質被稱為超固態物質。而中子星上的物質密度更是高達100萬億噸每立方米,處於這種狀態下的物質被稱之為中子態,因為在這種狀態下連原子結構也破碎了,核外電子已經被壓進原子核,並與核中的質子結合,變成了中子。

密度再往上,達到臨界值,由於小范圍的空間內聚集了太多物質,連時空都會「破碎」,形成幾乎可以吞噬一切的黑洞。此時物質去哪了,是什麼狀態,連科學家都不知道!

根據科學家的估計,太陽的內部壓力相當於3000億個標準大氣壓。那想要把水的密度壓縮至100噸每立方米,估計至少需要上百億個大氣壓,這樣的壓力通常只有在恒星級別的天體中才能實現。

雖然人類已經能夠在大型強子對撞機中產生僅次於黑洞內部的壓力,不過這只適用於微觀物質,根本無法用來壓縮巨觀物質。所以,將100噸的水壓縮至一立方米,目前人類還沒有這個能力,根本辦不到。

水壓縮到這種狀態,會發生什麼變化?

水是由分子構成的,只要施加壓力,分子間的間隙就會變小,密度就會增大,只不過在壓力不夠大時,這種變化並不明顯。壓縮做功會使物體的內能增加,溫度升高。當壓力足夠大時,水分子不僅會緊緊地擠在一起,連水分子的化學鍵也會斷裂。此時,化學意義上的水就不存在了,取而代之的是由氫和氧構成的特殊物質——等離子體。

太陽內部的高密度物質是等離子體,溫度高達1500萬℃。太陽之所以會發光發熱,就源於內部的核聚變反應。如果100噸的水被壓縮至一立方米的空間范圍內,是不是意味著有可能會發生氫核聚變,變成一個小太陽?事實並非如此,物質密度達到100噸每立方米,所形成的高溫高壓條件還不足以和太陽內部媲美,況且太陽內部之所以能夠持續不斷地發生核聚變,還取決於質量上的規模效應。

人類一直致力於實現可控核聚變,可是由於很難讓核燃料處於太陽內部那麼高的壓力狀態下,所以必須要將核燃料的溫度提高至上億攝氏度,這樣才能發生核聚變。

如果人類真的有能力將100立方米的水壓縮至一立方米,這將需要產生超強的壓力,那麼人類絕對就有能力實現可控核聚變了,那時人類應該不用為能源問題苦惱了,這難倒不是開啟了新紀元嗎?

 

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