| 天人地 | 2023-12-31 11:00 |
网上有很多压缩物体的视频，似乎万物皆可压缩，唯独没有见过压缩水。那么水作为一种流动的液体形态，是否可以被压缩呢？极限施压后又会怎么样呢？ 水可以被压缩吗 水能以转化形态的方式出现，比如温度高了就会变成气体，温度太低就会变成固体，常温状态下一般是液体状态。 在常规的认知中，水变成固体的冰之后，可以被压缩而碎裂。而如果是液体的形式，因为流动无法被束缚的特性，因此表面看起来无法被压缩。 可实际上万事万物，包括水在内都能被压缩，只不过作为液体，水能被压缩的程度会有些不同。再者因为流体的特性，导致人眼难以从微观的角度，观察水被压缩后的变化是什么。  哪怕是气态的状态下，我们看到的水蒸气，其实也是分子结构距离大而形成的间隔。所谓的水蒸气遇冷凝结成水，就是在温度的作用下，那些水分子又从间距宽的情况下，慢慢聚合在了一起。 等聚合达到一定的程度后，气态就由变成了液体状态。同样在进一步的聚合作用下，也会从液体变成固体。  水分子之间存在缝隙，只是这缝隙属于微观状态下的存在，借助于仪器人类才能观察到。同样构成水分子的氢原子和氧原子，其在不同活跃状态下也存在间距。 假如对其施加压力的话，它们各自的形态也会发生变化。只不过间距小，再加上分子以及原子间相互的作用力，在对其压缩的时候，其发生的压缩程度不大而已。 理论上说，如果温度不改变的情况下，压力无限增大，水被持续压缩其形态就会从液态转变成固态。  同样在别的星球上，其内部超乎想象的压强，也使得液态水会以固体的形式呈现出来。关于这一点，等下面再详细来说。 现在，我们先从宏观的视野，在人类生活的自然环境中，看看水作为液体，其面临的最大压强是什么。 其实这个地方就是海洋。地球上八成以上的地方都被海水覆盖，深不可测的大洋低处，越往水下，海水的密度就越大于表面的密度。  被高压下的水会发生什么情况 地球上的海洋，其平均的深度在3700米左右，如果只看一些区域的话，最深的地方当属马里亚纳海沟，其深度超过了11000米。 所以相比于其他海洋区域，这里海水的压强和密度也要大很多。理论上说，水深每增加10米，就会增加一个大气压强。 按照公式计算，马里亚纳海沟的大气压，相当于1100个。假如一个人乘坐潜水装置来到海沟底部，从海沟底部罐装一部分水。  假如这个盛水的容器很不结实，水膨胀的体积超过了容器的容量，压强被释放的那一刻，可能会直接让容器爆裂开来。 这可不是想象出来的，深海探险者遭遇过类似的压强释放过程。 20世纪，巴顿和比伯对于深海探测异常感兴趣，他们跟人合作，发明和改装各种深海探测装置，而后下潜到深不可测的海底探索未知世界。  要想下潜到更深的海底，由于压强异常大，下潜设备如果留窗户的话，就需要坚硬的玻璃才行。为此巴顿经过专门的设计，使用了厚实的石英玻璃。 他制造改装的潜水装置，就是一个大圆球，内部是空的，人可以蜷缩在里面。圆球的表面留了三个窗户，为方便下潜者观看水下世界。 设备制造完成后，两个人曾在百慕大海域做过几次的下潜，而且下潜的深度一次比一次深。  等一切测试完成后，巨大的金属容器被绞盘拽了上来，此刻内部已经渗入了不少水。外面的工作人员，需要将固定出口的螺栓拧开，两个人才能从里面出来。 就在螺栓被一一松开的那一刻，意外发生了，容器内部渗入的水，竟然像子弹一样喷射了出来。巨大的压力，直接把其中一个螺栓弹飞开来，飞出去的螺栓，在钢制的甲板上都砸出了一个缺口。  类似的事故也不是没发生过。今年夏天，几个国外富豪乘坐下潜设备，到泰坦尼克号沉没点游览，他们却不幸都成为了陪葬品。 事故发生在3800米深的海底，这一位置的大气压强是40兆帕，这个压力比地面上高了390倍，类似于400公斤的重压。 很显然几个人乘坐的潜水器没有承受住巨大的压强，在巨大的压力下潜水器内部发生了爆炸。  回到水被压缩这个问题上来看，海洋深处的水，遭遇上面的叠加肯定是被压缩了的。只不过水始终是流体状态，就会让人误认为它没有任何危险。 有意思的是，人类自身无法面对海洋深处巨大的压强，可是在海洋的深处，依然有各种动物存活。它们究竟是靠着什么来抵御强大压力的，也始终吸引着人类的目光。  等金属容器被拉上来后，人们发现那条鱼居然还活蹦乱跳。很显然，相比于人类，海洋中很多生物，它们能够承受的压强，要远远比我们高。 而对于水这种物质，压力之下不但会形变，而且其独特的存在，也让科学家围绕一个实验前后进行了20多年的研究。  水是两种液体 水的形态会随着温度和压强而改变，比如水蒸气，只要对它进行压缩，它会逐渐呈现出液体的状态。但如果温度变高，液体又会逐渐变成气体。 假如温度和压力同时增加的话，理论上达到一个临界点，那么此时的水究竟是液体还是气体，就有些分辨不出来了。 除了这个临界点之外，自然界中有的物质还存在低温的临界点，这个被称为第二临界点。上世纪90年代，波士顿大学的研究者认为，水也应该会存在第二临界点。  研究人员推断，这便是水达到第二临界点的特征，在这种状态下，水会分裂成密度不同的两种液体， 这两种区分不出是什么形态，且水会在固体和和液体的状态间迅速变化。 但在彼时仅仅是理论上的推断，没有条件进行相关的实验。一直到2017年，利用更先进的设备技术，模拟出真空低温环境，研究人员终于捕捉到了水滴的形态变化。  当然，上述的理论依然处于实验和假设阶段，相比下一步科研人员依然还会围绕水展开更深的研究。 同样，另外的科研人员，也发现了水的其他形态。  超离子水 水的三种形态，仅仅是常规的认知，而随着研究的深入，水的相关形态目前已经发现了有19种。其中有一种，就跟强大的压力和高温有关。 2018年的一次实验中，研究人员给一滴水施加了200万个大气压强的压力，另一方面又以5000℃的高温去穿透它。 在巨大的压力和高温之下，那滴水并没有灰飞烟灭，而是转化成为一种奇特的固态。这种状态被称为超离子水，它呈现出奇异的黑色，其自身的密度要比一般的冰块密度大4倍。  而且也正是因为这种形态的存在，构成了两颗星球特殊而紊乱的磁场。当然，这一切同样也还是科学家的猜测性研究。  结语 水是生命形成的必备元素，就地球来看，水构成的各种状态，都是围绕地球的环境而呈现出来的。反过来说，在宇宙的更深处，水还可能会以别的我们所不知道的状态存在。  |
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