在科技允许的情况下，一个完全密封的盒子中装满水，使盒子的体积不断缩小，会发生什么？ 第1页

这个问题涉及的内容不少，我们慢慢道来。

盒子体积慢慢缩小，也可以认为是外加的压力不断增大。而这样的一个过程和天文中的恒星的演化有着一定的相似性。恒星从最开始的星云在引力的作用吸引到一起进而发生反应，不过恒星的演化是和恒星的质量有关系的，而此处对水的压缩可以看作是一个超大质量，或者说远大于太阳质量的恒星的演化。因此，以下的部分过程我会参考恒星的演化过程进行分析。（由于本人不是主修天文的，错误在所难免，欢迎各路大神批评指正）。

1、在第一个阶段，水分子结构还能维持住的阶段，这个阶段主要是经典的热力学过程。我们先看一下水的相图

（原图链接）图中横坐标是温度，纵坐标是压强。

从上图中可以看到，水有三种相结构，分别是气态、液态和固态，这个大家都知道，但是对于固态，却存在着多种不同的晶格结构。如果我们缓慢的缩小盒子，则相当于逐渐增加压强，当然还有温度这个变量，为了简便起见，不妨假设此时盒子与一个恒温源接触，也就是说水的温度保持不变。那么由水的三相图很容易的看出，只让压强增加，水的相点竖直向上移动，一定是会移动到固态相中的。

第一阶段：水由液态变为固态。这个过程水放出热量，但是由于水的压缩比很小，实际上盒子的体积几乎没有什么变化。

2、水分子是由氢原子和氧原子构成的。此时，我们类比恒星的演化，盒子不在与恒温源接触，而且假设压缩的速度比较快，内部热量传到外面比较慢。此时随着压缩的继续，水的温度会上升，当升高的一定程度后，水分子的动能非常大，已经远大于氢氧化学键的能量了。此时我们不考虑化学能或者说电磁能（不知道这样是否正确）。随着温度的升高，氢原子之间会发生核聚变反应生成氦元素。氦原子核有四个核子，氢原子核只有一个核子，因此这个过程伴随着体积的减小，假设氢原子和氧原子的半径相近，则体积变为：

,

同时伴随着大量的热量的释放。剩下的物质已经不能叫做水了，应该是氦和氧的混合物。不过氦元素不容发生反应，猜测结果是固态氦和固态氧的混合物。这个过程相对稳定，对应于恒星演化的主序星阶段。

第二阶段：体积减小，逐渐降为二分之一，释放大量热量。

3、体积进一步压缩，温度再次升高，进而使得氦发生核反应。这个过程会逐渐的产生更重的元素，比如碳以及氧，由于碳和氧的原子核中核子数较多，因此体积会减小的更多。此时对应恒星的“氦闪”。这个阶段相对于第二阶段迅速短暂，当然，不同于恒星，这地方是放在盒子里，因此不会有“红巨星”出现。为了简便，我们可以认为最终就只有碳和氧了。

第三阶段：体积大大减小，放出大量热量。

4、在上一阶段结束后，体积已经小了很多了，根据恒星这个阶段，也就是白矮星，物质的密度已经达到了 ，可以说密度是相当大了。此时继续加压，进而会发生更进一步的核反应，具体细节就不表了，最终就是全部聚变为铁，生成一块铁疙瘩。恭喜题主，点水成铁。

第四阶段：变成一块铁疙瘩。

5、此时再继续加压压缩，铁原子外面的电子的简并压已经无法抵挡这股压力了，被压入原子核。我们知道，电子是费米子，满足泡利不相容原理，原子核外的每个电子“轨道”上只能有两个电子（因为电子可以处于两种不同的自旋态），在宏观上看，就相当于电子之间有一股排斥力，对外形成一个压力，就叫做简并压。

原子核有质子和中子构成，质子带正电，中子不带电。被压入原子核的电子与质子反应变成中子，因此原子核变成完全由中子构成的物质了。本来由于电磁排斥而保持距离的原子此时变成一堆聚在一起的中子，当然由于中子之间还有强相互作用，因此也会保持一定的距离，但是这个过程体积大大减小。一般原子的半径为 的量级，而原子核为 ，因此这个过程水的体积骤降 倍！！！这是一个什么意义呢？直观的说，假如最开始这个盒子和地球一样大，地球的半径为 ，则这样压缩后变为一个半径为 的球！

此时，就是一个完全由中子构成的一坨物质，在天文学上有一种天体就是这样的，就是传说中的中子星。

第五阶段：体积骤降 倍，变成一坨完全由中子构成的物质。

6、对中子球再进行压缩就变成黑洞了！这就是整个压缩过程的终点了。

第六阶段：形成黑洞。压缩终止。

对于恒星的演化我们可以参考下图：

此图来自于知乎回答：

向客服说暗号"子乾"有百元限时优惠噢~

上一个回答 ヾ(◍°∇°◍)ﾉﾞ 下一个回答