水能被壓縮嗎？無限壓縮它將變成鐵

2020-10-18 星辰大海種花家

相信很多朋友都是老司機了，車輛進水後千萬不要點火發動，因為氣缸內可能會進水，曲軸會通過連杆推動活塞壓縮進入氣缸內的水，但水是不可壓縮的，因此氣缸、活塞、連杆和曲軸肯定有一個會損壞，一般是連杆居多！

連杆斷裂，敲破缸體，輕則發動機大修，重則報廢！這就是試圖壓縮水的後果，但世界萬物都不是那麼絕對，如果施加以無窮大的壓力，從理論層面上來看水是否真的可以被壓縮？

從水分子結構層面上來看，水的可壓縮程度

空氣是我們最常見的可壓縮物質，比如空壓機就是幹這個用的，當然我們還能看到二氧化碳氣罐，也能看到氧氣罐甚至煤氣罐，空氣能被壓縮是因為分子間隙非常大，比如氧氣在室溫下分子間距大約為3納米，而氧分子的直徑大約為0.3納米，從理論上來看，如果將氧氣壓縮到分子挨個排列的話，大約可以壓縮1000倍，也就是1000個大氣壓，當然這個基本不太可能，一般的氧氣瓶大氣壓也就150個左右！

跟氣體相比，液體和固體的分子間距就小多了，但並不是說沒有，它仍然具有一定的間隙。

相對而言固體分子的間隙比液體分子之間的間距要小一些，但對於我們一般的壓縮而言，液體和固體都是不屬於可壓縮的物質，但由於液體的流動性，因此我們會用液體中的水或者油類用作傳遞力的介質，比如萬噸水壓機或者油壓機。

水有一種奇怪的特性，即溫度高和溫度低水的體積都會膨脹，只有在3.98℃時的體積是最小的！這是水分子的氫鍵在其作用，結冰後分子之間的連接會形成規則的六邊形結構，因此體積反而會變大！而水分子之間的連接不能形成共價化學鍵，因此水分子的分子間距會遠大於水分子原子間化學鍵的距離，這個距離我們在分子級別上壓縮水的機會！

但我們一般意義上的壓縮都不會大幅減小水的體積，因為這需要極大的壓力，比如在100MPa的壓力下水的體積才會減少4%，也就是1000個大氣壓左右，比如在馬裡亞納海溝底部的壓力大約就是1100個大氣壓，因此在這個深度的水密度要比海平面上的海水大約要高4%左右！

從原子的角度來看看水的可壓縮程度

不存在水原子，因為到了原子這個層面，水分子式H2O都會被解離，事實上也很簡單，因為壓縮會伴隨著超高溫出現，當溫度升高到2000-3000℃時，這個能量超過了水分子結合的鍵能，因此水被解離成了氫和氧！

有朋友認為繼續壓縮，氫原子的電子會被壓入原子核與與質子中和成中子，其實這個結果最終確實會發生，但事實上會先經歷另一個過程，因為繼續壓縮下的超高溫會導致氫原子的電子會游離，而原子核靠的比較近，形成一種金屬氫的怪異物質，因為存在自由電子，它是會導電的！

假如壓力繼續增大，原子核靠的更近，假如這種氫是輕水，即解離後是H2（氕），那麼在伽莫夫因子條件下，它們將在一定概率下穿越庫侖斥力壁壘結合在一起，這就是氕的質子鏈反應第一步！

1H+1H→2D+e(+)+v，ΔE=1.442MeV，Q(v)=0.265MeV ；

上述就是氕氕的聚變反應！

如果這種水中含有重水，那麼解離後的氫原子就是D2，也就是氘，請勿小看這個氘，因為它的存在會讓聚變的條件更容易發生！而且產生的能量會更大！

2D+1H→3He+γ，ΔE=5.494MeV；

氘有一個中子和一個質子，它與氧結合會形成重水，在自然界中的比例小於萬分之二！

如果繼續施壓這些物質會繼續反應，氦三結合會形成氦四，而氦四後的反應順序則為：

氦-4 → 鈹-8 → 碳-12 → 氧-16 → 氖-20 → 鎂-24 → 矽–28 → 硫–32 → 氬–36 → 鈣–40 → 鈦–44 → 鉻–48 → 鐵–52 → 鎳–56

只要無限施加壓力，這就是物質轉變的過程，最終這個無限壓縮的水將會變成鐵，因為鎳-56會衰變回鐵，鐵以後再無限壓縮，那麼它將進入另一個階段！

從原子核層面看壓縮

到了鐵之後的壓縮就像超新星爆發的恆星鐵核坍縮一樣，唯一不同的是這是壓縮而不是超新星爆發，但坍縮過程幾乎一樣。繼續壓縮出現的變化：

電子會被壓縮到原子核周圍，形成電子簡併態物質

這是電子簡併力提供的一種支撐力，它並不屬於四大作用力，而是費米子不能處於同一個能級，它會阻止繼續壓縮而成為電子兼併態物質。

電子會被壓入原子核，與質子中和成中子，形成中子簡併態物質。

繼續施壓會形成夸克簡併態，直至夸克簡併態也也無法支撐最終坍縮成沒有直徑的黑洞

以上是對水無限施壓的一系列後果，這個過程從水開始，會歷經各種元素到鐵，然後成為電子簡併態物質，中子簡併態，夸克簡併態最終成為黑洞，可能宇宙中每天都在發生這樣的過程，但地球上是不可能達到這個條件的，因此我們只能從科學角度上做個分析！

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