水

水的化學(xué)式是H2O，是有氫元素和氧元素組成的無機物，從微觀的視角來看，水是由水分子構(gòu)成的。

液態(tài)和固態(tài)的水分子之間是通過氫鍵進行連接，水其實有很多種相態(tài)，除了傳統(tǒng)的三態(tài)，在海底熱泉口附近還有溫度達到400多度的水。

而氣態(tài)、固態(tài)、液態(tài)，說白了就是水分子之間的間距發(fā)生變化造成的。

在常溫常壓下，水是無色無味的液態(tài)。壓縮之后密度和體積并沒有發(fā)生明顯的變化，因此，我們可以把水“近似”看成是不可壓縮的流體。

壓縮水

但關(guān)鍵就在“近似”上，也就是說，水并不是不可以壓縮。但所需要的壓力特別大，大概需要10000~100000個大氣壓，也就是1GPa~10GPa之間。

這個條件可以說是極為苛刻的，在日常生活中是根本不可能做到的。不過，科學(xué)家能夠在實驗室里實現(xiàn)，具體的原理其實就是用金剛石對頂砧壓水。

一些金剛石對頂砧可以達到幾十個GPa。因此，利用金剛石對頂砧來壓水并不是什么難事，而且也確實有一些科學(xué)家曾經(jīng)做過類似的實驗，實驗也不難。

科學(xué)家可以通過顯微鏡直接看到整個“壓縮水”的過程，有點類似于水結(jié)冰。當(dāng)壓力減小時，水還會再恢復(fù)原來的狀態(tài)。

這里要多補充一點，在持續(xù)的加壓過程中，壓力會破壞水分子之間的氫鍵，使得同樣是固態(tài)水，也會從低密度結(jié)構(gòu)逐漸演變成高密度結(jié)構(gòu)。

金屬水

假設(shè)在理想狀態(tài)下，我們有一臺可以無限加壓的裝置，可以持續(xù)的加壓，當(dāng)壓力達到1TPa，也就是10^7個大氣壓，這時候水就會變成金屬態(tài)。

這種金屬態(tài)在太陽系內(nèi)有，只不過是金屬氫。如果你有個理想的超級探測器，能夠持續(xù)向木星的深處探索，就會發(fā)現(xiàn)金屬氫。

這就是木星巨大的壓力迫使氫原子內(nèi)的電子脫離了分子軌道，表現(xiàn)出傳導(dǎo)電子的情況。

也就是說，如果壓力達到1TPa，我們就能得到金屬水，也叫金屬冰，當(dāng)然，我們目前還做不到這一點。

中子星&黑洞

如果還要繼續(xù)加壓，這時候抵抗巨大壓力的其實是由于泡利不相容原理導(dǎo)致的電子簡并壓力，這其實是一種量子效應(yīng)，你可以粗暴地理解為，在微觀世界里，有一種規(guī)則，要求各個電子在原子核外的狀態(tài)是不重樣的。而外界的壓力會迫使電子去到最低能量狀態(tài)，這時電子就會產(chǎn)生一種抵抗外界壓力的力，這就是電子簡并壓力。

如果你還能繼續(xù)往下壓，這時候就會把電子直接壓入到原子核內(nèi)，電子和質(zhì)子生成中子，這時候水也就不再是水了，而是一顆微小的中子星了。

如果你還能繼續(xù)往下壓，那接下來理論上應(yīng)該是中子的簡并壓與外界壓力對抗，當(dāng)中子的簡并壓都無法抵抗，就會變成一個微小黑洞，不過微小的黑洞存在的時間很短。所以，你還沒等反應(yīng)過來，它就消失了。

石墨烯界面的水分子

上文都是依靠外界壓力來壓縮水。目前也有科學(xué)家在兩片單層石墨烯形成的封閉空間中，把水壓縮到一納米的厚度。但是這種方法不僅需要高壓，還需要水和石墨烯發(fā)生相互作用，因此，在這個實驗中，水必須和石墨烯界面同在。不過，目前這個實驗還存在很多爭議。

所以，水還是可以被壓縮的，只不過是操作難度非常大。