题目

为什么固体不能被压缩,而气体很容易被压缩

提问时间：2020-10-21

答案

事实上,压缩气态物质比压缩其他任何形态的物质要容易得多.那是因为气体是由相距很远的分子所组成的.例如在普通的空气中,实际分子所占的空间大约是整个体积的十分之一.
在压缩某一气体时,仅仅需要克服分子本身的无规则运动所形成的扩张倾向,将它们更紧密地推压到一起,把分子之间的一些空处挤出,用人的肌肉力量就能够容易地做到这一点.例如,当你挤压一个气球时,你就是在对空气进行压缩.
就液体和固体而言,组成它们的原子和分子只是近于互相接触.借助于每个原子外层区域中的电子的相互斥力,这些原子和分子不再进一步靠拢.这表示液体和固体分子的抗压力比气体中分子运动的抗压力要强得多.这意味着人的肌肉不能再做压缩液体和固体的工作,至少没有明显的效果.
假定你把一定量的水倒入一个上边开口的刚性容器里,并把一个密闭的活塞装入开口内,使它与水面接触.如果你用全力把活塞往下压,你就会发现,它不会明显地移动.由于这个原因,人们常说,水是“不可压缩的”,而且它的体积不能够挤得更小.
其实并不是这样.当你把活塞向下推时,你确实压缩了水,但压缩的程度不能测量出来.如果能够施加比人的肌肉大得多的压力,那么,水的体积或者任何其他液体或固体的体积的减小量,就会大到能够测量出来的程度.例如用每平方厘米1．1吨重的力量压缩100升的水,它的体积就会缩小为96升.随着压力的进一步增加,体积就会进一步缩小.在这种压缩力下,可以说,电子越来越靠近原子核了.
如果压力更大,比如说,压力相当于在巨大引力作用下成千上万公里厚的物质堆积起来的重量时,静电排斥力就会完全不起作用.电子就不能在轨道上围绕着原子核运动,而会被推开.然后物质就由不带电子的原子核组成,而电子则飞来飞去作无规则的运动.
原子核比原子小得多,因此,这种“退化的物质”大部分还是空的.地球中心的压力或者甚至木星中心的压力都不足以形成退化物质,但是在太阳的中心有退化物质.
一个完全由退化物质构成的恒星,可以象太阳那样重,但是体积却不比地球大.这就是一个“白矮星”.它能够在它自己的重力下进一步地压缩,直到它由互相接触的中子所组成.这样一个“中子星”能够具有太阳的全部质量,但被压缩成直径为十几公里的球体.天文学家认为,它还能够进一步地压缩,直到变成体积为零的“黑洞”.