如果把100斤的实心铁球,沉入最深的海底,铁球会被压变形吗?

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我们都知道,原子是由原子核和围绕著它运动的电子构成,由于电子都带负电,因此原子之间就存在著斥力,并且原子之间的距离越近,这种斥力就越大(电磁力的大小与距离的平方成反比)。

根据已知的探测资料,地球上最深的海底是位于太平洋底部的马里亚纳海沟,测量资料显示,马里亚纳海沟的最深处可达11034米,这裡的压强大约为110Mpa,相当于每平方釐米的面积承受1.1吨的重量。那麽问题来了,如果把一个100斤的实心铁球,沉入最深的海底,铁球会被压变形吗?

【脑洞系列】如果把100斤的实心铁球,沉入最深的海底,铁球会被压变形吗?

在三维的空间中,物体受到的压力可以来自于三个方向(X、Y、Z),因此物体的受压情况可以分为单向受压、双向受压和三向受压。需要注意的是,在不同的受压情况下,物体的抗变形能力也有很大的不同,而在三向受压的情况下,物体的抗变形能力是最高的。

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从微观的角度来看,这种现象很好解释,一个物体可以看作是一大堆原子构成,在单向受压和双向受压的情况下,构成物体的原子会沿著没有受到压力的方面「溜走」,物体就比较容易发生形变,而在三向受压的情况下,这些原子却没办法「溜走」,于是其抗变形能力就会变得非常高。

物体在海水中受到水压来自于所有的方向,就是典型的三向受压。

铁的密度约为7.9克/立方釐米,据此我们可以计算出,一个100斤的实心铁球的直径约为23釐米,在海水中,其顶端和底端的压强差只有大约2300Pa,与地球上最深的海底中的压强(110Mpa)相比,这个值可以忽略不计。

所以我们可以简单地认为,这个实心铁球在海水中所受到的来自各个方向的压力都是均匀分佈的。

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在这种三向受压的情况下,构成这个实心铁球的铁原子就「避无可避」,因此它是不可能像想像中的那样被直接压扁的,而如果想要让它发生形变,就需要压缩铁原子之间的空隙,换句话来讲就是,让这些铁原子挨得更紧,从而使其在整体上缩小。

我们都知道,原子是由原子核和围绕著它运动的电子构成,由于电子都带负电,因此原子之间就存在著斥力,并且原子之间的距离越近,这种斥力就越大(电磁力的大小与距离的平方成反比)。

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由此可见,想要让铁原子挨得更紧,其实是相当困难的,实际上,即使是110Mpa的压强,也只能将这个铁球的直径压缩一点点(大概只有几十微米的样子),而我们用肉眼根本无法观察到这种细微的形变。

所以我们的结论就是,如果把100斤的实心铁球,沉入最深的海底,那麽铁球确实是会发生形变,不过因为这种形变太过细微,所以我们通常都可以将其忽略。

那麽地球上有没有更大的压力,可以让这个实心铁球变形得更明显呢?答案当然是肯定的。

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我们的地球重达60万亿亿吨,其核心的压强高达370GPa,这相当于最深海底的压强的大约3364倍,实际上,地核的物质主要就是铁元素和镍元素,而地核的平均密度却有10.7克/立方釐米。很明显,假如我们把这个实心铁球放在地心,那麽它的形变将会是非常可观的。

值得一提的是,地心的压强在宇宙中根本就不算什麽,一个天体的质量越大,内部的压强就越高,以至于那些质量巨大的天体,其内部的压强甚至还可以直接将铁原子「压碎」,而中子星就是这样一种天体。

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假如我们将铁球放进中子星的内部,那麽构成这个铁球内的铁原子内的电子,都会被强大的压强直接压进原子核内,并与原子核内的质子形成中子,这些中子与原子核内原本存在中子紧紧地挨在一起,从而形成一个由中子构成的球体,而此时它就不能被称之为「铁球」,而应该称为「中子球」。

铁原子直径的数量级为10^-10米,而铁原子核直径数量级为10^-15米,也就是说,在这个100斤的实心铁球被放进中子星内部之后,它的直径会由原来的23釐米缩小到23微米,而体积则会缩小1万亿倍,而这种尺寸的物体,我们就需要用显微镜才能看到了。

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