Вещество в экстремальных условиях
Чем экстремальнее условия, тем проще вещество (закон природы).
Крепкое рукопожатие – 1 атм. Это примерно, если положить руку на стол и положить на нее 100 кг. Но это давление на излом. Это также и давление на глубине 10 м. под водой. Драйверы ныряют намного глубже, и их там не расплющивает. Рыбы живут на глубине несколько километров при давлении в сотни атмосфер. Если избежать перепада давления, то ничего страшного с веществом и с предметами не произойдет. Предметы могут «держать» давление и в тысячу атмосфер, если оно одинаково внутри и со всех сторон снаружи. Но при давлениях в тысячи десятки тысяч атмосфер само вещество начинает меняться. Молекулам становиться тесно. Обычно вещества при сдавливании кристаллизуются, а при повышении давления меняется кристаллическая решетка, иногда в несколько этапов. Образуется одно и то же вещество, но разные кристаллы. Для примера возьмем обычную воду. Открыто 15 разных форм льда! Они существуют при разных давлениях и температурах в лабораторных условиях. Это все та же самая вода. При 4000 атм кристаллическая решетка перестраивается в соты.
Вещества такие разные благодаря разной электронной структуре: прозрачность, цвет, блеск, твердость. Если сжимать обычный кислород, то из жидкого кислорода он превращается в твердый кристалл небесно-голубого цвета. Далее, если сдавливать, он превратиться в кроваво-красный кристалл, далее, этот кристалл все темнеет и темнеет, вплоть до черного цвета. А при еще большем давлении, он становится блестящим, напоминающим металл. И все это тот же кислород. Он начинает проводить ток.
40 тыс атм – жидкий кислород.
40 – 100 тыс атм – небесно-голубой твердый кислород.
100 тыс – 1 млн атм – красный кислород.
1млн атм – металлический кислород.
Свыше 1 млн атм – сверхпроводник. В красном кислороде молекулы О2 объединяются почетверо в молекулы О8. Перестраиваются электронные оболочки, и меняется цвет. Эти данные при постоянной температуре сдавливания. Получают эти данные в лабораторных условиях с помощью алмазных наковальней. Алмазная наковальня создает сверхвысокое давление 4 млн атм. Предварительное сжатие плюс ударная волна от мощного лазера: сотни млн атм. Включаем температуру: высокое давление плюс температура в десятки тысяч градусов. Начинается ионизация, вещество превращается в тяжелую плотную плазму. Молекулы разваливаются, пропадает химическая связь, остается только элементарный состав.
Нет никаких структур, только однородная вязкая и очень плотная горячая масса. При температурах в миллионы градусов начинаются ядерные реакции. Например, в центре Солнца Т – 13 млн градусов, Р – 250 млрд атм. Ядра сталкиваются, обмениваются протонами и нейтронами, разваливаются и объединяются. Стирается элементный состав вещества. Вещество превращается в железо, например, массивная звезда в конце жизни. Если еще больше сжимать вещество, то оно уже не выдерживает, электроны вжимаются в протоны, порождая нейтроны. Остаются практически одни нейтроны. Уже не остается ни атомов, ни ионов. Получается сплошная ядерная материя, состоящая в основном из нейтронного вещества. Например, один куб. см. нейтронного вещества весит примерно млн. т. Такое вещество находится в нейтронных звездах. Давление в центре – порядка 10 в 28 атм, в сто квадриллионов раз больше, чем в центре Солнца. А что же происходит в триллионы градусов? В 1960-е годы была открыто много новых элементарных частиц. Физики стали подозревать, что у ядерного вещества есть максимальная температура (2 трлн градусов). Потом поняли, что при этой температуре ядерное вещество превращается в кварк-глюонную плазму, и ее можно нагревать дальше. Кварк-глюонная каша. На этой каше пока остановились экспериментальные данные, но можно и кашку еще нагреть и сдавить. Сейчас считается, что если нагреть кварк-глюонную плазму все дальше и дальше, будут проявляться новые и новые частицы. При температуре в квадриллионы градусов, начнут меняться свойства самих частиц – они начнут терять массу. При температуре 10 в 32 степени (может быть и меньше) теории расходятся, что-то начинает происходить с самим пространство-временем, но что именно – пока не известно.






