תופעות בלחץ גבוה, שינויים במאפיינים הפיזיים, הכימיים והמבניים החומרים עוברים כאשר הם נתונים ללחץ גבוה. הלחץ משמש אפוא כלי רב-תכליתי במחקר חומרים, והוא חשוב במיוחד בחקירת הסלעים והמינרלים המהווים את פנים העמוק של כדור הארץ וכוכבי לכת אחרים.
לחץ, המוגדר ככוח המופעל על שטח, הוא משתנה תרמוכימי המשרה שינויים פיזיקליים וכימיים הדומים להשפעות המוכרות יותר של הטמפרטורה. מים נוזליים, למשל, הופכים לקרח מוצק כאשר הם מקוררים לטמפרטורות הנמוכות מ- 0 מעלות צלזיוס (32 מעלות צלזיוס), אך ניתן לייצר קרח גם בטמפרטורת החדר על ידי דחיסת מים ללחצים בערך פי 10,000 מעל הלחץ האטמוספרי. באופן דומה, מים הופכים לצורת הגזים שלהם בטמפרטורה גבוהה או בלחץ נמוך.
למרות הדמיון השטחי בין טמפרטורה ללחץ, שני משתנים אלה שונים באופן מהותי באופנים שבהם הם משפיעים על האנרגיה הפנימית של החומר. וריאציות טמפרטורה משקפות שינויים באנרגיה הקינטית ובכך בהתנהגות התרמודינמית של אטומים רוטטים. לעומת זאת לחץ מוגבר משנה את האנרגיה של קשרים אטומיים על ידי אילוץ אטומים קרוב יותר בנפח קטן יותר. הלחץ משמש אפוא כמבחן רב עוצמה של אינטראקציות אטומיות וקשירה כימית. יתר על כן, לחץ הוא כלי חשוב לסינתזת מבנים צפופים, כולל חומרים על-נוזלים, גזים ונוזלים מיוצקים חדשים, ושלבים דמויי מינרלים החשודים כמתרחשים בעומק כדור הארץ וכוכבי לכת אחרים.
הוכנסו יחידות רבות למדידת לחץ ולעיתים מבולבלות בספרות. לעתים קרובות מצוטטים האטמוספרה (כספומט; כ- 1.034 קילוגרם לסנטימטר מרובע [14.7 פאונד לסנטימטר רבוע]), שווה ערך למשקל של כ- 760 מילימטר [30 אינץ 'של כספית) והבר (שווה ערך לקילוגרם לסנטימטר מרובע). במקרה, יחידות אלה כמעט זהות (בר 1 = 0.987 אטם). פסקאל, המוגדר כניוטון אחד למ"ר (1 פא"ה = 0.00001 בר), הוא יחידת הלחץ הרשמית של SI (Système International d'Unités). אף על פי כן, הפסקאל לא זכה לקבל הסכמה אוניברסאלית בקרב חוקרים בלחץ גבוה, אולי בגלל הצורך המביך בשימוש בגיגאפסקאל (1 GPa = 10,000 בר) ובטרפסקאל (1 TPa = 10,000,000 ברים) בתיאור תוצאות בלחץ גבוה.
בהתנסות יומיומית, נתקלים לחצים גדולים מהסביבה, למשל, תנורי לחץ (בערך 1.5 אטמטר), צמיגי רכב ומשאיות פנאומטיות (בדרך כלל 2 עד 3 אטמוספירה) ומערכות אדים (עד 20 אטמוספירה). בהקשר של מחקר חומרים, לעומת זאת, "לחץ גבוה" מתייחס בדרך כלל ללחצים בטווח של אלפים עד מיליוני אטמוספרות.
מחקרים על חומר בלחץ גבוה חשובים במיוחד בהקשר פלנטרי. חפצים בתעלה העמוקה ביותר של האוקיאנוס השקט נתונים לכ- 0.1 גפ"א (בערך 1,000 אטם), שווה ערך ללחץ שמתחת לסלע של שלושה ק"מ. הלחץ במרכז כדור הארץ עולה על 300 GPa, ולחצים בתוך כוכבי הלכת הגדולים ביותר - סטורן ויופיטר - מוערכים בכ- 2 ו- 10 TPa בהתאמה. בקצה העליון, הלחצים בתוך הכוכבים עשויים לעלות על 1,000,000,000 TPa.
הפקת לחץ גבוה
מדענים חוקרים חומרים בלחץ גבוה על ידי הגדרת דגימות במכונות שתוכננו במיוחד המפעילות כוח על אזור הדגימה. לפני שנת 1900 מחקרים אלה נערכו בצילינדרים מברזל או מפלדה גסים למדי, לרוב עם אטמי בורג לא יעילים יחסית. לחצי המעבדה המרביים הוגבלו לכ- 0.3 GPA ופיצוצים של הצילינדרים היו תופעה שכיחה ולעיתים מזיקה. שיפורים דרמטיים במנגנוני לחץ גבוה וטכניקות מדידה הוצג על ידי הפיזיקאי האמריקני פרסי וויליאמס ברידגמן מאוניברסיטת הרווארד בקיימברידג ', מס. בשנת 1905 גילה ברידגמן שיטה לאריזת דגימות בלחץ, כולל גזים ונוזלים, באופן שהאיטום האטם תמיד חווה לחץ גבוה יותר מהמדגם שנחקר, ובכך הגביל את הדגימה והפחית את הסיכון לכשל ניסיוני. ברידגמן לא רק השיג לחץ באופן שגרתי מעל 30,000 אטמוספירה, אלא גם הצליח לחקור נוזלים ודגימות קשות אחרות.
