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我们在上学的时候估计都做过这样的实验，拿一根针筒，将其前端密封住，如果针筒内部是空气的话，我们用力挤压针筒的活塞部分，那么一开始活塞就会比较轻松地向前端移动，随着移动距离的增大，所需要按压的力就会越大。而如果针筒内事先装的是水，我们即使用很大的力来按压活塞部分，针筒内的水也几乎不会发生什么变化。同时，在日常生活中，我们对于石头、砖头这样的固体，也很难将其挤压使它们的体积减少。为什么会出现“气体容易压缩、而固体和液体很难被压缩”这种情况呢？ 无论何种相态的物质，其组成的分子之间都会存在着引力和斥力的相互作用，其中引力是由万有引力所决定，而斥力则是由分子内部原子结构所引发，即当两个原子相互靠近时，就会因原子核外的电子同电荷属性而提升排斥能力。对于气态物质来说，由于分子之间的间距非常大，而且排列非常松散，如果在一个封闭的空间内挤压气体，那么分子之间的间距会在外力作用下，在原子间斥力没有占据上峰之前，会不断地减小，所以气体比较容易压缩。 对于固体和液体来说，它们的分子或者原子之间的间距，与气体物质相比低很多，而且排列相对规则，呈现比较紧致的状态，其分子或者原子之间的引力作用与斥力相互平衡，所以呈现出相对固定的体积。当液体或者固体受到外力挤压时，分子或者原子间的间距呈减小趋势，那么在同性电荷的排斥作用下，极力“阻止”分子或者原子间距的进一步缩小，所以我们感受到液体或者固体很难被压缩。 水作为日常生活中最常见和常用的液体，本身也具有上述难以压缩的性质。一个氢原子和一个氧原子，通过氢氧键连接形成一个水分子，两个氢氧化学键之间的夹角为104.5度。而相邻的水分子，则通过氢键相连，虽然氢键的强度没有氢氧键那么强大，但由于它的存在，水分子之间会形成组成数量不同的“缔合水”，比如水结成冰以后，几乎全部的水分子都会缔合在一起，当水温处于0-4摄氏度之间时，主要以3个缔合水分子形态存在，在4摄氏度上下水的密度最大时，主要以2个缔合水分子存在。当温度继续升高，则是以2个缔合水分子为主体，遵循着热胀冷缩的规律。 在地球海洋深度最大的区域－马里亚纳海沟的底部，其压力为1100个左右的标准大气压，在这种环境下，据监测其海水的密度为1.08克每立方厘米，仅比海水的平均密度1.025增加了5%，这也意味着其体积也仅被压缩了5%。而这部分被压缩的空间，也仅仅是水分子与水分子之间的“间隙”部分。由于水分子间的空间部分本身就比较小，所以即使再增加很大的压力，对于水整体的体积减小的作用并不是特别明显。 据测算，当处于一个密闭空间内的水受到1亿个大气压的作用时，水分子之间的氢键会明显断裂，此时水会出现一定程度的体积缩小现象，不过这时体积的缩小比例仍然较小。如果继续增大外力，将会面临一个水分子发生“质变”的临界点，那就是外力作用将水分子中的氢氧化学键打破，一旦突破这个临界点，那么水的组成结构将会发生“翻天覆地”的变化，从分子状态变为游离的原子状态，而这个临界点所需要的压强，据推测至少需要几十亿个大气压，所以在现实生活或者现有技术条件下，我们根本达不到这样的要求。 那么，退一万步讲，假如我们可以将100立方米的水压缩到1立方米，那么水的密度就会增加100倍，也就是达到100吨每立方米，这个密度已经超过地球上密度最大的物质－锇，其密度也仅为22克每立方厘米。我们可以对比下太阳核心处的平均密度，为162克每立方厘米，而在太阳内核，由于温度达到1500万摄氏度、1500亿个大气压，在这种状态下物质都以等离子态的形式存在，也就是说原子中的电子已经脱离了原子核的束缚，从而形成了带有负电荷的自由电子和带有正电荷的离子混合存在的状态。 因此，可以推测出，如果将100立方米的水压缩成1立方米，那么水分子中的氢氧化学键不但将发生断裂，而且氢、氧原子内部的电子也都会与原子核分离，演化后的状态即为自由电子、氢离子和氧离子共同构成的等离子体，因此，那个时候的物质已经不成称之为水了。 由于恒星的质量非常巨大，在外层物质在重力作用下向内坍缩的过程中，会推动内部温度和压力的不断提升，核心处的氢离子在一定的量子隧穿效应作用下会发生质子－质子链式反应，从而激发恒星内部的核聚变，这种过程不需要外力的参与和维持，仅靠恒星在巨大质量就可以达到。而100立方米的水重量仅为100吨，如果仅依靠自身的重量是无法进行坍缩的，所以必须借助巨大的外力作用，才可以实现将其压缩为等离子态的目的，在这样的外力作用下，对于等离子态物质来说，它和依靠恒星自身重力引发的坍缩效果是一样的，也会推动等离子体温度的持续升高，从而有可能激发氢的核聚变反应。一旦外力撤销，那么这些等离子体也将不复存在，重新会聚合形成氢气和氧气分子。 |
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