水可以壓縮嗎？

我們?nèi)粘Ｉ钪兄酪簤合到y(tǒng)，液壓系統(tǒng)說白了就是利用液體的壓力來傳輸動力。給人的一種感覺是液體，或者說水是不能被壓縮的。

但事實真的是如此嗎？答案當然是否定的，事實上，只要足夠給力，萬物即可壓。

今天，我們就來好好聊一聊：水是不是可以被壓縮？

體積模量

要了解這個問題，我們就得像了解一下水的結(jié)構(gòu)。我們都知道，萬物都是由原子構(gòu)成的，水也不例外。首先，水是由水分子構(gòu)成的，水分子則是由一個氧原子和兩個氫原子構(gòu)成的。

衡量物質(zhì)能不能被壓縮，我們常常用到的是體積模量的概念。這個體積模量也被叫做不可壓縮量。具體來說，就是當一個物質(zhì)受到表面四周壓強時，形變程度的度量。

不同的物質(zhì)，實際上，體積模量也不太一樣。通過下圖，我們就會發(fā)現(xiàn)，實際上，水的體積模量并不算大，鋼和金剛石在這方面的表面要遠比水出色得多。也就是說，從原子的層面來看這個問題，水實際上還是可以被壓縮的。只是壓縮的程度并不是肉眼可以直觀地看出來而已。而體積模量相對較小的空氣，壓縮的效果就非常明顯。

但你可能要說了，這些都是理論，有沒有相關(guān)的實踐呢？

事實上，這個還真的有，有人真的有做過相關(guān)的實驗，它們選用的就是體積模量非常大的金剛石來做。

具體來說，科學(xué)家是用金剛石對頂砧來壓縮水，這種設(shè)備儀器的強度常?？梢愿哌_幾十個GPa。我們根據(jù)下圖，可以知道，想要壓縮水，這個壓強大概要給到1GPa到10GPa左右。因此，利用金剛石對頂砧來操作這個實驗是綽綽有余的。

科學(xué)家在操作這個實驗的過程當中，就在顯微鏡線觀察到了水被壓縮的過程，液態(tài)水逐漸在超強的壓力逐漸變成固態(tài)，而后使得水分子之間的氫鍵斷裂，從低密度狀態(tài)壓縮成了高密度的狀態(tài)。也就是說，持續(xù)地壓縮，實際上水會被壓成“固體”，但是這個“固體”不同于我們常見的冰，而是密度要遠高于冰的固體。

因此，水其實是可以被壓縮的，而且在壓縮過程當中，會發(fā)生化學(xué)鍵的斷裂。

原子層面

其實水能被壓縮還可以從原子層面來看，我們都知道，萬物都是由粒子構(gòu)成，水也是如此，一般來說，粒子并不是整整齊齊排列的，而是比較散漫的。

這就意味著，粒子之間是有空間的，而不是緊挨在一起的。所以，在保留原子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，壓縮的本質(zhì)實際上是壓縮粒子之間的空間，而在壓縮的狀態(tài)過程中，物質(zhì)就會呈現(xiàn)出不同的狀態(tài)來。上文用金剛石對頂砧來壓縮水，其實就是停留在這個層面的實驗操作，如果還要壓縮水，以人類目前的科技水平可能未必可以實現(xiàn)。假設(shè)我們擁有那樣的技術(shù)，此時會發(fā)生什么呢？

實際上，這個時候，有一個種叫做電子簡并壓的量子效應(yīng)。具體來說是這樣的，原子實際上是電子和原子核構(gòu)成的。

當我們開始壓縮原子結(jié)構(gòu)時，外層的電子就會受到壓力，此時由于有泡利不相容原理的存在，電子就會產(chǎn)生抵抗外界壓力的力，這就是電子簡并壓。

如果外界壓力小于這個電子簡并壓，那原子的結(jié)構(gòu)還會得以保留。如果外界壓力要大于電子簡并壓，那么電子就會被壓入到原子核當時。實際上，這個物質(zhì)就會變成中子星物質(zhì)。意思是說，這個物質(zhì)幾乎就是一坨中子。這是因為電子壓入到原子核當中，電子和質(zhì)子會發(fā)生反應(yīng)，生成中子和中微子，中微子由于穿透力很強，產(chǎn)生后就跑掉，所以，只剩下中子。

這個在宇宙中也時有發(fā)生，恒星演化到晚期時，核心部位在引力作用下就有可能產(chǎn)生中子星。中子星屬于高密度的天體，一勺中子星就上億噸重。

宇宙中，除了中子星，還有許多致密的天體，比如，白矮星也是致密的天體，只不過它是出于電子簡并壓抵抗住引力的狀態(tài)。而黑洞則是比中子星還要殘暴的存在，它的引力十分巨大，以至于中子的簡并壓都沒抵抗住，光到黑洞附近都會被吸進去，因此，黑洞也是十分致密的天體。

所以，從原子層面來看，水也是可以被壓縮得，只不過會需要十分巨大的外力，只是我們目前還不具備這樣的技術(shù)條件。