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title: "Bridgman 怎样把物质压进新的世界"
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last_modified: "2026-10-24"
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[从气体追问原子](https://sandboxphysics.com/zh/stories/thermal-complexity/#gases)

热 · 偶然 · 集体行为

# Bridgman 怎样把物质压进新的世界

一个更好的密封，怎样让人看见高压下的物质变化？

Sandbox Physics · 2026-10-24

诺奖贡献：1946-1

## 先得让压力留在里面

研究高压，第一步是让压力确实留在装置里。二十世纪初，哈佛大学的 Percy Williams Bridgman 改进了一种密封：内部压强越大，密封反而压得越紧。有了它，研究者才能反复进入更高的压强范围，看到日常冰箱里找不到的冰，也测量许多材料原先难以观察的变化。

活塞把力传给包围样品的介质，样品才受到压力。可活塞要能动，入口就不能直接焊死。压强升高后，液体容易沿着活塞与容器之间的缝隙漏走。单把筒壁做厚，解决不了这条出口；密封本身必须另想办法。

来源：[1] [3]

## 让压力自己堵住出口

Bridgman 让液体顶住一个塞子，再由塞子去挤较软的填料。受力面积经过安排，填料里的压强始终比液体里高一定比例。液体越想往外跑，就越用力地把自己的出口堵紧。

关键是分清力与压强。同样的力，压在较小面积上，压强就较大。装置把液体作用的面积与填料承受挤压的面积错开，便能让填料受到更强的压紧作用。这一点几何安排，把原先容易失守的边界变成了密封。

密封可靠，并不意味着别处就不会坏。筒体、活塞和连接仍要承受应力，材料强度仍会限制实验。Bridgman 使用更强的材料，也设计外部支撑，逐步把可用的压强往上推。他在 1946 年的诺奖演讲中，按不同压强范围讨论了所需技术。

来源：[1]

## 压得上去，还要测得出来

装置能维持高压以后，还要知道里面究竟有多大压强。外面施加的载荷当然有用，可摩擦、形变都会影响它与内部压强之间的关系。Bridgman 一边造产生高压的设备，一边改进测压方法，利用可重复的材料转变与电学响应来确定条件。

随后才轮到样品。要知道体积怎样变，就得读活塞位移，并扣掉装置本身的贡献；要测电阻，就得把电线穿出容器，同时让穿线处保持密封。每多观察一种性质，容器边界就多出一道要解决的难题。

真正有用的科学仪器，还得允许人一次次返回规定条件，再换一个温度比较结果。这样才能画相图：在不同压强、温度下，物质哪一种状态稳定存在。

来源：[1] [3]

## 水结成固体，还有许多种排法

Bridgman 在 1912 年发表的长篇论文，研究了水在高压下的液态与五种固态。他识别出后来称为冰 V、冰 VI 的高压形式。化学成分仍然是水，分子在固体中采取的稳定排列，却会随温度与压强改变。

普通冰比液态水轻，能浮起来，因为它的分子排列比较疏松。高压则偏爱占体积较小的排列，有几种高压冰比液态水还密。我们从杯子里的浮冰得到的经验，到了这里就要重新检查。

缓慢改变压强时，体积突然一跳，是发现相变的一种办法。换几个温度，重复追踪这次跳变，就能画出两种稳定形式之间的分界。1912 年的论文把这些条件与测量逐项记录下来，让“水还能结成什么样”成为可重复研究的问题。

来源：[2] [3]

## 装置与发现，一同写进授奖理由

1946 年物理学奖的授奖理由同时写了两件事：产生极高压强的装置，以及用它做出的高压物理发现。Bridgman 研究体积、相态、电阻等性质，逐渐显示出，平常条件下熟悉的材料，一旦被压得足够紧，还会有另一番行为。

解释实验时，还要记住压力怎样传到样品。各方向挤压接近相等时，最容易用一个压强数值描述；介质变成固体、挤压不再均匀时，不同方向的应力也可能影响结果。密封打开了入口，具体的测量条件决定了能从中读出什么。

来源：[4] [1]

## 来源与阅读说明

1. [P. W. Bridgman, General Survey of Certain Results in the Field of High-Pressure Physics (Nobel lecture, 1946)](https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/bridgman-lecture.pdf)

   从图一的自紧密封开始，把产生压强、测量压强、测量样品三件事分开读。

2. [P. W. Bridgman, Water, in the Liquid and Five Solid Forms, under Pressure (1912)](https://doi.org/10.2307/20022754)

   追踪测得的相界与体积变化，分清水的不同固态。

3. [Harvard Physics and Collection of Historical Scientific Instruments, P. W. Bridgman, Pioneer of High-Pressure Physics](https://www.physics.harvard.edu/sites/g/files/omnuum6476/files/2025-12/2025-Bridgman.pdf)

   对照密封剖面、引线结构，以及馆藏的冰压强—温度—体积模型。

4. [The Nobel Prize in Physics 1946](https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1946/summary/)

   授奖理由同时包括高压装置及用它做出的发现。

[热、偶然与集体行为](https://sandboxphysics.com/zh/stories/thermal-complexity/) [多出来的一点重量，让氩露了面](https://sandboxphysics.com/zh/stories/thermal-complexity/rayleigh-argon-density/) [气体怎样变成液体，又怎样失去分界](https://sandboxphysics.com/zh/stories/thermal-complexity/van-der-waals-critical-point/) [Perrin 数着那些迟迟不沉底的小颗粒](https://sandboxphysics.com/zh/stories/thermal-complexity/perrin-sedimentation/)