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只需把水一直压缩,就能喜提一颗黑洞?看得我直冒冷汗!

2022-08-28 03:29 作者:Zalgo-Pie枣糕派  | 我要投稿

水,化学式为H2O,是生命能延续的原因之一。我们喝水的时候,能感觉到水的柔和,我们离不开水。在上化学课的时候,老师会告诉我们水的性质,还会指出水是不能压缩的。这里的压缩和日常生活里的压缩不一样,因为它涉及到了组成水的氢原子和氧原子。那么,水真的是不能压缩的吗?强行将其压缩,会有什么后果?

可能在很多人的认知里,不止水不能压缩,所有液体都不能压缩,“液体不能压缩”的说法其实是为了简化计算。并不代表液体完全不能被压缩,从事实的角度出发,世界上就没有液体不能压缩,只不过难度比较大。

压缩水的难度在于克服原子核和电子的互斥力,两者的体积非常小,却都带电,靠近时双方会互相排斥。想要克服这一难点,唯有选择更强大的气压,标准大气压的值大家都清楚,慢慢增加气压,水就会被慢慢压缩。

一直增加到15万个大气压,1立方米的水的体积才会缩小百万分之一,科学家其实在上个世纪就完成了这一任务。在实验室里,科学家可以利用一些增强气压的仪器,不断提高气压。当达到45万个大气压时,水会出现明显的变化。内部的氢原子和氧原子互相靠近,间距缩小。同时,氢键被破坏,有部分氢键可能会直接断裂,这时候的水,已经完成了从低密度到高密度的转化。

它也不是液态了,而是一种结构趋于稳定的固态。当然,压力变小后还是可以恢复原样的。你以为这样就成功了?科学家并不满意,他们提高到了480万个大气压,已经是人类科技力量的极限了。

科学家使用的金刚石对顶砧也是有极限的,再次提高,硬度如金刚石也顶不住。此时的水,拥有了金属的特性。内部氢原子的性质发生改变,变成了金属氢原子。实验到此为止,不过我们还可以在纸上继续计算。如果有一台无限加压的机器,把水变成金属也是可以的,需要1TPa的压强。

在地球上是达不到这么大的压强了,但是在太阳系里,有几个星球还是可以达到的,比如木星和土星。地球的内部压强大约在380万个大气压左右,而木星内部达到了1TPa,其内部的氢元素已经转化为了金属状态。也就是说,木星内部有着难以计算的金属氢!

木星内部的压强都有1TPa了,那处于鼎盛时期的太阳岂不是更大?太阳内部压强可以轻松达到3000亿个大气压,假设将1立方米的水放在太阳上,它的体积会被压缩到原来的百分之一。原本立方体边长为1米,现在变成了0.22米。

还没有结束,其实水还能够继续压缩,一直压缩到内部原子核不再有间距为止。当然,这绝非易事,物理学家泡利提出的泡利不相容原理指出了在微观世界里,电子会拥有一种特殊的斥力,我们叫它电子简并压力。克服了简并压力,电子大概率会被压入到原子核里面,然后电子和质子结合生成中子。

一个微型中子星就诞生了,水也就不是水了,只能说液态水是它的前身。中子星继续压缩,最后有可能会变成黑洞,至于黑洞是大是小,还要看中子星的性质。如果是个微型黑洞,我们就能看见它从诞生到消失的完整过程,不会超过1分钟。如果是个有一定体积的黑洞,那地球就危险了。黑洞的引力不是开玩笑的,扭曲的空间会把地球吞噬。

——来源:科学新视界

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