假如把一百立方米的水压缩成一立方米，结果会怎样？为什么？

将100万立方米的水压缩到1立方米，会发生什么？这是一个有趣的问题。

“液体不能被压缩”是一个为了简化计算而确立的概念。事实上，对液体施加压力是可以改变它的体积的，只是这个改变非常微小，微小到可以不影响计算结果。那么，能不能大幅度增加液体的密度呢？

我们先从原子的结构说起。

大家都知道，原子是由原子核和核外电子构成。原子的质量99%以上集中在原子核上，但原子核只占原子体积的非常小的比例。

图：氦原子结构示意图

从上图可见，原子体积的绝大部分是被电子云占据的。原子的内部实际上是非常的“空旷”。这就给压缩原子提供了空间。

自然界中发生的“压缩”现象

如果提供住够大的压力，任何物质都可以被压缩。在自然界这种情况是非常常见的。当然，这个自然界是指的宇宙。

如同太阳这么大的恒星，在核聚变燃料耗尽后，会发生重力坍缩，在巨大的万有引力作用下，会形成一种叫“白矮星”的星体，一颗质量与太阳相当的白矮星体积只有地球一般的大小。这个时候，原子核外的电子被压缩到了最低能量级。此时物质的密度达到了1吨/cm³。

图：白矮星

如果恒星残余核心的质量大于1.4个太阳质量（钱德拉塞卡极限），万有引力的压力会把电子压入原子核，形成中子星。中子星的密度为8千万吨～20亿吨/cm³。

图：中子星

如果恒星残余的核心大于3.2倍太阳质量（奥本海默极限），就没有什么可以阻止恒星的重力坍缩了。它会成为一个黑洞。黑洞密度的计算方法与上面不一样，它的体积是黑洞的“视界”，黑洞的质量越大，视界半径就越大，所以它的密度会随着质量的增大而减小，超大质量的黑洞甚至比空气的密度还小。当然，它的核心被认为是一个密度无限大的“奇点”。

图：黑洞

100万立方米的水被压缩到1立方米的体积，密度为100万吨/m³，也就是1吨/cm³，对比上面的数据看出，已经达到了白矮星的密度，但远未达到中子星的密度。

压缩水的过程中会发生什么？

由于水的组成为氢和氧元素，在压缩过程中，温度会急剧升高。在压力和高温的作用下，会首先启动氢的核聚变，然后是氦的核聚变……最终水里的氢原子会被聚变到碳，最终得到一个碳、氧核。当然，由于核聚变会使质量转变成能量并散失掉，最终得到的质量会比100万吨少一些。