水可以压缩吗？

我们日常生活中知道液压系统，液压系统说白了就是利用液体的压力来传输动力。给人的一种感觉是液体，或者说水是不能被压缩的。

但事实真的是如此吗？答案当然是否定的，事实上，只要足够给力，万物即可压。

今天，我们就来好好聊一聊：水是不是可以被压缩？

体积模量

要了解这个问题，我们就得先了解一下水的结构。我们都知道，万物都是由原子构成的，水也不例外。首先，水是由水分子构成的，水分子则是由一个氧原子和两个氢原子构成的。

衡量物质能不能被压缩，我们常常用到的是体积模量的概念。这个体积模量也被叫做不可压缩量。具体来说，就是当一个物质受到表面四周压强时，形变程度的度量。

不同的物质，实际上，体积模量也不太一样。通过下图，我们就会发现，实际上，水的体积模量并不算大，钢和金刚石在这方面的表面要远比水出色得多。也就是说，从原子的层面来看这个问题，水实际上还是可以被压缩的。只是压缩得程度并不是肉眼可以直观地看出来而已。而体积模量相对较小的空气，压缩的效果就非常明显。

但你可能要说了，这些都是理论，有没有相关的实践呢？

事实上，这个还真的有，有人真的有做过相关的实验，它们选用的就是体积模量非常大的金刚石来做。

具体来说，科学家是用金刚石对顶砧来压缩水，这种设备仪器的强度常常可以高达几十个GPa。我们根据下图，可以知道，想要压缩水，这个压强大概要给到1GPa到10GPa左右。因此，利用金刚石对顶砧来操作这个实验是绰绰有余的。

科学家在操作这个实验的过程当中，就在显微镜线观察到了水被压缩的过程，液态水逐渐在超强的压力逐渐变成固态，而后使得水分子之间的氢键断裂，从低密度状态压缩成了高密度的状态。也就是说，持续地压缩，实际上水会被压成“固体”，但是这个“固体”不同于我们常见的冰，而是密度要远高于冰的固体。

因此，水其实是可以被压缩的，而且在压缩过程当中，会发生化学键的断裂。

原子层面

其实水能被压缩还可以从原子层面来看，我们都知道，万物都是由粒子构成，水也是如此，一般来说，粒子并不是整整齐齐排列的，而是比较散漫的。

这就意味着，粒子之间是有空间的，而不是紧挨在一起的。所以，在保留原子结构的基础上，压缩的本质实际上是压缩粒子之间的空间，而在压缩的状态过程中，物质就会呈现出不同的状态来。上文用金刚石对顶砧来压缩水，其实就是停留在这个层面的实验操作，如果还要压缩水，以人类目前的科技水平可能未必可以实现。假设我们拥有那样的技术，此时会发生什么呢？

实际上，这个时候，有一个种叫做电子简并压的量子效应。具体来说是这样的，原子实际上是电子和原子核构成的。

当我们开始压缩原子结构时，外层的电子就会受到压力，此时由于有泡利不相容原理的存在，电子就会产生抵抗外界压力的力，这就是电子简并压。

如果外界压力小于这个电子简并压，那原子的结构还会得以保留。如果外界压力要大于电子简并压，那么电子就会被压入到原子核当时。实际上，这个物质就会变成中子星物质。意思是说，这个物质几乎就是一坨中子。这是因为电子压入到原子核当中，电子和质子会发生反应，生成中子和中微子，中微子由于穿透力很强，产生后就跑掉，所以，只剩下中子。

这个在宇宙中也时有发生，恒星演化到晚期时，核心部位在引力作用下就有可能产生中子星。中子星属于高密度的天体，一勺中子星就上亿吨重。

宇宙中，除了中子星，还有许多致密的天体，比如，白矮星也是致密的天体，只不过它是处于电子简并压抵抗住引力的状态。而黑洞则是比中子星还要残暴的存在，它的引力十分巨大，以至于中子的简并压都没抵抗住，光到黑洞附近都会被吸进去，因此，黑洞也是十分致密的天体。

所以，从原子层面来看，水也是可以被压缩的，只不过会需要十分巨大的外力，只是我们目前还不具备这样的技术条件。