事實(shí)上,壓縮氣態(tài)物質(zhì)比壓縮其他任何形態(tài)的物質(zhì)要容易得多.那是因?yàn)闅怏w是由相距很遠(yuǎn)的分子所組成的.例如在普通的空氣中,實(shí)際分子所占的空間大約是整個(gè)體積的十分之一.
在壓縮某一氣體時(shí),僅僅需要克服分子本身的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)所形成的擴(kuò)張傾向,將它們更緊密地推壓到一起,把分子之間的一些空處擠出,用人的肌肉力量就能夠容易地做到這一點(diǎn).例如,當(dāng)你擠壓一個(gè)氣球時(shí),你就是在對(duì)空氣進(jìn)行壓縮.
就液體和固體而言,組成它們的原子和分子只是近于互相接觸.借助于每個(gè)原子外層區(qū)域中的電子的相互斥力,這些原子和分子不再進(jìn)一步靠攏.這表示液體和固體分子的抗壓力比氣體中分子運(yùn)動(dòng)的抗壓力要強(qiáng)得多.這意味著人的肌肉不能再做壓縮液體和固體的工作,至少?zèng)]有明顯的效果.
假定你把一定量的水倒入一個(gè)上邊開(kāi)口的剛性容器里,并把一個(gè)密閉的活塞裝入開(kāi)口內(nèi),使它與水面接觸.如果你用全力把活塞往下壓,你就會(huì)發(fā)現(xiàn),它不會(huì)明顯地移動(dòng).由于這個(gè)原因,人們常說(shuō),水是“不可壓縮的”,而且它的體積不能夠擠得更小.
其實(shí)并不是這樣.當(dāng)你把活塞向下推時(shí),你確實(shí)壓縮了水,但壓縮的程度不能測(cè)量出來(lái).如果能夠施加比人的肌肉大得多的壓力,那么,水的體積或者任何其他液體或固體的體積的減小量,就會(huì)大到能夠測(cè)量出來(lái)的程度.例如用每平方厘米1．1噸重的力量壓縮100升的水,它的體積就會(huì)縮小為96升.隨著壓力的進(jìn)一步增加,體積就會(huì)進(jìn)一步縮小.在這種壓縮力下,可以說(shuō),電子越來(lái)越靠近原子核了.
如果壓力更大,比如說(shuō),壓力相當(dāng)于在巨大引力作用下成千上萬(wàn)公里厚的物質(zhì)堆積起來(lái)的重量時(shí),靜電排斥力就會(huì)完全不起作用.電子就不能在軌道上圍繞著原子核運(yùn)動(dòng),而會(huì)被推開(kāi).然后物質(zhì)就由不帶電子的原子核組成,而電子則飛來(lái)飛去作無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng).
原子核比原子小得多,因此,這種“退化的物質(zhì)”大部分還是空的.地球中心的壓力或者甚至木星中心的壓力都不足以形成退化物質(zhì),但是在太陽(yáng)的中心有退化物質(zhì).
一個(gè)完全由退化物質(zhì)構(gòu)成的恒星,可以象太陽(yáng)那樣重,但是體積卻不比地球大.這就是一個(gè)“白矮星”.它能夠在它自己的重力下進(jìn)一步地壓縮,直到它由互相接觸的中子所組成.這樣一個(gè)“中子星”能夠具有太陽(yáng)的全部質(zhì)量,但被壓縮成直徑為十幾公里的球體.天文學(xué)家認(rèn)為,它還能夠進(jìn)一步地壓縮,直到變成體積為零的“黑洞”.