水真的不可压缩吗?如果将水一直压缩,会发生什么情况?

星空承载梦想 2024-02-13 09:59:27
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根据科学家的研究我们能够知道,水是生命之源,地球上最早的生命就诞生于水中,根据达尔文的进化论我们能够得出,地球上的生命都是由最简单的生物进化而来的,由最初的单细胞生物进化为多细胞生物,由多细胞生物进化为海洋生物,由海洋生物进化为两栖生物,由两栖生物进化为陆地生物,人类就是由陆地生物进化而来的,而水的形成能够追溯到宇宙大爆炸初期,现代科学认为我们的宇宙诞生于138亿年前,在138亿年前,有一颗奇点发生了爆炸,奇点是一个质量无限大、能量无限大、热量无限大、密度无限大、体积无限小的点,这个点爆炸以后,我们的宇宙快速的向四周膨胀,经过138亿年的时间,宇宙才膨胀成我们现在所看到的样子。而水资源也是在宇宙大爆炸之后形成的。

在宇宙大爆炸刚刚发生的时候,质子、中子和电子都在高达100亿度的高温环境下挤成一团,利用这些基本构建,仅仅用了几分钟的时间,氢原子和氧原子就开始形成了,这一过程被称为是核合成,较重的元素则出现的较晚一些,由于氢元素在恒星内部和超新星爆炸期间的核聚变合成,随着时间的流逝,恒星中诞生的重元素越来越多,包括氢在内的各种元素被源源不断的送入太空,和更轻的元素相结合,不过氢气分子和氧气分子的形成和后续的水的形成还不一样,因为就算是氢气分子和氧气分子混合在一起,也需要能量的激发才能够变成水,这是一个非常激烈的反应过程,目前科学家也在研究宇宙中早期的水是如何形成的,而地球上的水资源也是经过多种形式形成的。

有一些科学家认为,地球上的水资源和太阳系的形成有关系,在大约46亿年前,地球刚刚诞生,这时候的地球还是一个炽热的、干燥的、充满火山的星球,在这样的环境中,生命是不可能诞生的,不过由于引力的作用,吸引并碰撞了大量的冰块和彗星,这些冰块和彗星给地球带来了地球最初的水分,而且地球本身的形成过程也可能产生水资源,当太阳系的原始物质开始凝聚的时候,由于化学反应,其中的氢和氧结合形成了水分子,这也为地球早的环境带来了水,很多人认为,地球表面的水资源就是地球上全部的水,其实这个观点是错误的,要知道地球内部的水才是最多的。根据科学家的研究我们能够知道,地球分为地壳、地幔、地心,地壳的平均厚度从1.6公里到70公里不等,一般来说山脉下面的地壳要比海洋下面的地壳更厚。

地壳的下面就是地幔,地幔的总厚度达到了2800公里,上地幔是由橄榄石、辉石还有其他矿物质组成,下地幔是由硅、镁、氧等物质组成,在地幔下面就是地核,地核的温度非常高,地心的温度比太阳表面的温度还要高,大约是6000摄氏度左右,科学家认为,地核的主要组成物质就是铁和其它的金属物质,其中外地核中的金属处于液态,内地核中的金属处于固态,地幔虽然是由固态的岩石组成的,但是高温和高压的条件下,这些岩石中的矿物质能够禁锢水分子,这一功劳还要感谢一种叫做环橄榄石的物质,这种物质在地幔中非常丰富,通过对深地震波的研究和实验,科学家们估计地幔中可能存在的水量和所有海洋的容量是一样的,甚至还要更多。而地幔中这些隐藏的水资源对于我们的生活来说也是非常重要的。

首先水能够降低岩石的熔点,使得它们更容易流动,所以地幔中的水资源对地壳的板块移动、火山活动和地震有着很重要的影响,除此之外,地幔中的水也可能和地表的水循环相互关联,在特定的地质事件中,比如说板块下沉、地壳中的水可能会被带入地幔,与此同时,火山活动能够将地幔中得水释放到地球表面,这就说明地球内部和外部的水是能够循环的,水循环是指地球上的水在太阳辐射、地球引力等作用下,连续不断的变换地理位置和物理相态的运动过程,被称为是水分循环或者水文循环,在太阳辐射的作用下,从海陆表面蒸发的水分,上升到大气中,成为大气的一部分,水汽随着大气的运动转移并在一定的热力、动力条件下,水汽凝结为液态水或者是固态水降落到地球表面,一部分水分可以被植被拦截或者被植物散发。

降落到地面的水可能形成河流,还有一部分渗入地球内部,根据科学家的研究发现,在全球水循环的过程中,大气环流中的水循环是最活跃的,平均每8天更新一次,河流中的水平均每16天更新一次,湖泊中的水平均每17年更新一次,水循环通过三个阶段(水分蒸发、水气输送、凝结降水、水分下渗)使得地球水资源能够相互交换,水对于生命来说非常重要,如果没有水资源,那么地球上或许不会出现生命,在我们的印象中,水就有三种形态,它们分别是液态、气态、固态,不过如果我们将水一直压缩下去,它将会变成另一种形态。在这个过程中,水分子之间的氢键会断裂,不久之后,水分子内部的氢氧键首先断裂,这时候的水已经不能够称为水了。而是一堆氢原子和氧原子。

而我们压缩水,其实就是在对水做功,这就相当于将压力装置的能量转化成了水的内能。随着水的内能不断增加,其温度也会持续上升,当达到一定程度时,这些氢原子和氧原子内部的电子,就得到了足以脱离原子核束缚的能量,于是容器内的物质也就转化成了由一大堆氢原子核、氧原子核以及电子构成的高温等离子体,并因为高温而开始发光。看到这里,相信很多人都会觉得不可思议,不过这还只是开始,随着压力的增加,我们会发现,容器内的物质发出的光会越来越亮,其体积还会出现膨胀的趋势,以至于我们需要更大功率的装置才能够将实验继续下去,出现这种情况的原因是因为容器内的温度和压强已经达到了核聚变发生的条件。

相信很多人都听说过核聚变反应,我们的太阳之所以能够燃烧这么长时间,就是因为内部核聚变的反应,核聚变需要满足很多条件,比如说超高温度、超高压强等等,在太阳内部,一开始充斥着质量很小的氢原子,由于高温高压的条件,使得其核外电子摆脱了原子核的束缚,让两个原子核能够相互吸引而碰撞到一起,发生原子核相互聚合作用,由于这样的聚变作用,产生了大量的能量,同时也会生成一种新的元素——氦元素,这个时候的氦原子的原子核质量要大于氢原子,在这之后,聚合反应没有停止,并且新生成的氦元素也会加入反应当中,这样会使得反应更加剧烈,释放更大的能量,同时还会产生一种新的元素——锂元素,一直到铁元素的形成,核聚变才会停止。

这个时候,太阳虽然释放了巨大的能量,但是本身的消耗也是非常大的,每一次的聚变都需要消耗大量的能量,所以太阳的质量一直都在减少,再过50亿年的时间,我们的太阳寿命就会走到尽头,到时候太阳会慢慢停止核聚变,变成一颗白矮星。当我们将水挤压到这种程度之后,水的密度已经和宇宙中的白矮星密度一样高了,如果这个时候,我们继续加大压力,那么在强大的压力之下,水将会变成一大堆的质子和中子,而电子则和质子结合在一起,形成中子,这时候我们得到的就是一大堆中子,这时候我们会遇到一种新的阻力,这种阻力被称为是费米子,费米子是一种自旋为半整数(比如1/2、3/2、5/2等)的基本粒子。自旋是一种类似于旋转的内禀性质,它决定了粒子的磁性和统计规律。

费米子是构成物质的粒子,比如说电子、质子、中子等都是费米子,电子围绕原子核运动的时候,必须避免和其它电子处于同一个轨道,这就形成了原子的壳层结构,质子和中子组成原子核,也必须避免和其它核粒子处于同一个状态,这就形成了核壳层结构,如果没有泡利不相容原理,那么所有的电子都会聚集在最低能级上,所有的核粒子都会聚集在最小的体积内,物质就会失去多样性和稳定性,当我们将水压缩成费米子的时候,这个时候容器里面的物质密度非常大,已经和宇宙中的中子星密度一样了,而中子星的密度大约是2*10^15克立方厘米,相当于每立方厘米有20亿吨,这时候我们继续将水压缩,这时候物质已经全部消失了,我们眼前会出现一个可怕的天体——黑洞。

相信很多人对黑洞都不陌生,黑洞在很早的时候就被科学家提出来了,最早提出黑洞的科学家是约翰.米歇尔,他认为,如果一颗天体拥有和太阳一样的质量,而这个天体的直径只有3000米,那么这个天体的表面引力一定非常巨大,后来在1796年,法国科学家拉普拉斯曾经预言:如果一颗天体的质量是太阳质量的250倍。而直径和地球类似,那么这个天体表面的引力会非常大,连光都无法逃离它的引力,后来到了1916年的时候,爱因斯坦利用公式计算出了黑洞,不过当时连爱因斯坦本人都不相信黑洞存在宇宙当中,之后德国物理学家卡尔史瓦西给了黑洞一个精确的解释,他认为当大量的物质集中在一点时,就会使周围产生视界,一旦进入这个视界,任何物体都会被吸进去,这个神秘的天体被称为是黑洞。

目前宇宙中的黑洞基本上都是由恒星演化而来的,想要成为黑洞需要满足一定的条件,当一颗恒星寿命即将终结的时候,核心会因为引力坍缩而形成致密的物质,同时它的外层会被弹射出去形成一个超新星爆发,这个过程中,原来的恒星质量越大,其核心坍缩越剧烈,形成的黑洞也就越大,具体来说,如果一颗恒星的质量大约是三个太阳的质量,那么它在演化末期会发生重力坍缩,在这个过程中,核心的质量超过了一个临界值,就会形成一个奇点,从而形成一颗黑洞,一般来说恒星死亡以后会形成三种不同的物质,质量小的恒星死亡以后会变成白矮星,中等质量的恒星死亡以后会变成中子星,超大质量的恒星死亡以后会变成黑洞。除此之外,黑洞还能够通多个恒星合并而成。

当两个恒星在紧密的轨道运动中发生碰撞的时候,它们的质量会合并成一个更大的恒星,而且恒星的质量越大,这个过程就越容易产生黑洞,如果两个质量足够大的恒星合并,形成的物体也就会越大,以至于它的核心超过临界值并且坍缩成黑洞。除了这两个方式之外,像一些星系中心的超大质量黑洞,是由宇宙大爆炸直接形成的,比如说银河系中心的黑洞,科学家通过研究发现,银河系中心的黑洞质量大约是太阳的430万倍,这种级别的黑洞只有宇宙大爆炸的时候,才能够诞生,由于黑洞的引力非常强大,所以任何进入黑洞视界范围内的物质都会被黑洞所吞噬,连光都不例外,这就导致我们无法知道黑洞内部的结构和样子,不少科学家认为,黑洞可能是穿越时空的入口,因为黑洞在不断的吞噬物质,这些被黑洞吞噬的物质去了哪里?

科学家猜测,在黑洞的另一边可能还存在着一个神秘的天体白洞,黑洞和白洞连接在一起就形成了虫洞,而虫洞就是能够穿越时空的隧道,不过目前科学家还没有在宇宙中发现虫洞,黑洞是不是能够穿越时空?目前科学家也在积极的研究当中,不过著名的物理学家霍金认为,黑洞并不是一个只吃不出的天体,如果一颗长期没有吞噬物质,那么它会因为霍金辐射而消失,霍金辐射是黑洞因量子涨落向外辐射粒子的现象。它是理解量子力学与广义相对论之间联系的关键。然而,在宇宙中,黑洞的霍金辐射因其极低的霍金温度(纳开尔文量级,远低于微波背景辐射温度)尚未被实验证实。为了提高霍金温度便于实验观测,人们提出了利用经典流体、量子流体、光纤等各种人工系统模拟黑洞及其辐射的方案。

然而,到目前为止,玻色-爱因斯坦凝聚体中的声学黑洞的纳开尔文量级的霍金温度依然很难被实验观测。光纤中的光学模拟黑洞也备受争议。其实霍金辐射是一种描述了由黑洞边界形成的假设粒子,这种辐射的意味着黑洞的温度和质量成反比,霍金认为黑洞的巨大能量波动会产生虚粒子,每一个虚粒子都有一个正能量粒子和一个负能量粒子,负能量粒子会达到黑洞内部的极点,而正能量粒子也会消耗黑洞的质量,这就是著名的霍金辐射,如果说霍金辐射是正确的,那么表明黑洞也是会消失的,它会在不断的辐射中失去质量,慢慢死亡,科学家为了证明这个理论,对黑洞进行了深入的研究,但是这么多年过去了,霍金辐射还是没有被证实,但是根据现有的理论来看,科学家普遍认为这个理论是对的,只是我们现在还缺少一个真实的观测发现。

虽然说水压缩到最后会变成黑洞,但是这种事情是不可能出现的,毕竟人类的科技根本无法做到这一点,而且如果黑洞出现,那么整个太阳系都会被黑洞吸进去,所以这只是一种理论而已,不过现在人类无法做到,不代表人类未来不可能做到,人类诞生短短几千年的时间,能够在这么短的时间内走出地球探索宇宙,这说明人类科技发展的速度很快,小编认为,只要人类能够坚持不懈的努力下去,未来随着人类科技的进步,人类一定能够解开黑洞的奥秘,同时我们也能够解开宇宙诞生的奥秘,小编希望人类能够早日实现自己的梦想,人类文明能够长久的发展下去,对此,大家有什么想说的吗?

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星空承载梦想

简介:本人爱好天文,擅长写科学领域的文章