水压——一个对生命很关键却一直未被发现与重视的现象

大气压确实非常高。这都是气体分子无规则运动所造成的现象。别小看气体分子，虽然质量上微不足道，却能对自然产生极大的破坏效应。炸药爆炸时，毁坏效果就是通过气体分子对外界的撞击而产生。手雷爆炸时，距爆心三米处能产生20个大气压，即2MPa。这个压强使每平方米承受2百万N或20万千克力压力。人体被这个气压撞击时，受到的撞击压力相当于被一柄大铁锤重击，会立刻内脏破裂，休克死亡。子弹被击发时，枪膛内产生的也不过是数十个大气压，却能让子弹以1000m/s的高速运动。炮弹被发射时，炮膛内产生了3000个大气压，足以让炮弹达到数倍音速。

为什么气体分子能产生如此大的影响力？这由其极高热运动速度所造成。气体分子在常温下热运动速度就达到500m/s，超过音速。高温下热运动速度更是惊人。尽管气体分子质量小，但仍然具有很高动量，对外界造成很强的影响力。

马德堡半球实验中，两个半球组成的铁球被抽成真空后，需要每边各8匹马才能将这个铁球拉成两半。铁球外壳如果稍薄一些，一旦被抽成真空，就会被大气压瘪。

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◎水压

1个标准大气压高达1.01*105Pa。这相当于在一个1m2的物体表面压上10吨重物体。那么问题来了，为什么我们从来没有感受过这一点？

教科书的解释是，我们一直处于大气压中，大气压来自所有方向，相互抵消，所以我们无法感受到大气的巨大压力。

为什么桌子不会被大气压跨？显然，大气从上方向下压桌子，也会从下方向上指桌子。两个力相互抵消。桌子就不受到大气压力。

那么，桌子在这两个力的挤压下，为何没有被压缩在一起？这是分子间斥力的体现。分子之间如果靠得太近，核外电子会产生电斥力，使它们保持一定间距。固体、液体之所以极难被外力压缩，就是因为分子间存在斥力。

为什么人不会被大气压跨？因为人体内部充满空气。内部有1个大气压，外部也有1个大气压，相互抵消。人就安然无恙了。

这个解释看起来很合理。我们时刻在呼吸，不断有空气进入身体。所以体内有1个大气压很正常。

那么，为什么豆腐不会被大气压跨？难道豆腐内部也充满空气？

豆腐当然非常软。轻轻一碰就会破碎。豆腐内部有很多水分，也并不会有空气。有气泡会从水中冒出来。那么，豆腐内并不会有大气压。在每m2重达10吨的大气压力下，豆腐是如何保持形状完好的呢？如果豆腐是正方形，每面的表面积是1平方分米，那么它每面就承担着100kg重的重物。相当于一头猪踩在上面。这块豆腐为何仍然不会破碎？

白炽灯泡内充满着惰性气体，密度、压强均与大气相同，产生一个标准大气压。这样灯泡才不会被外部大气压损坏。如果将灯泡放到真空中，灯泡会在内部气压作用下立刻炸裂。如果将灯泡抽成真空，灯泡同样会在外部气压作用下立刻碎裂。

水中并没有空气，隔绝了大气压。如果将灯泡浸入水中，灯泡看来应该立刻碎裂。因为失去了外部大气压的平衡作用，灯泡内部的气体会撞击到灯泡表面，使灯泡爆炸。

但事实并非如此。灯泡浸入水中，什么事情也不会发生。这是为什么？

鱼类生活于水中，与大气压隔绝。被鱼网打捞上岸后，鱼类突然面对每平米10吨的大气超高压力，却并不会死亡，只要能不断给它喂水与食物，它仍然能活下去。这一现象司空见惯，却理应令人惊讶。因为大气压真的很高。为什么鱼类的反应就象是大气压并不存在一样呢？是不是因为鱼的内部有空气？解剖发现，鱼只有肺泡中存在空气。绝大部分器官并没有空气。问题又来了，肺泡中具有大气压，它在隔绝了大气压的水中是如何保持压力平衡的呢？

很多单细胞或多细胞生物，既能生活在水中，也能生活在陆地上。这些生物的细胞中并不含有空气，主要成份是水。它们能生活在水中可以理解，但它们是如何适应陆地上大气压的呢？这是两个完全不同的环境——水中隔绝了大气压。

人也能在陆地与水中进行切换。在适应了陆地大气压环境后，仍然可以在水中游泳，离开了大气压后，并不会觉得不适。

人在呼吸，内部有空气。但空气只存在于肺部。其它部位都不会有空气。眼睛、大脑、心脏这些部分都不可能有空气，否则人就会仙逝。向静脉中注射的空气稍微过量，就会造成人的死亡。人体大部分器官其实是肌肉与水的混合体。水在人体中占了70%以上。

人体之所以在强大的大气压中不会被压瘪，根本不是因为体内也存在1个大气压。而是因为人体内存在大量的水。而水能产生绝不逊色于空气的压强.

要理解这些物理现象，需要明白水产生压强的原理。

说起水压强，人们通常认为这是水重量产生的压强。用大气压力能从水井里打出水来。人们发现，最多只能让水柱上升10.336米。物理学家还发现，大气压相当于760mm汞柱产生的压强。这里，水柱与汞柱都是通过其重力而产生压强。

在海底，水压极高。普通潜艇无法潜入7000米以下的海底，否则潜艇的外壳会被水压破坏。普通鱼类也无法生存在太深的海底。这都是因为深海中水的重力太大，对物体产生的压强超出了物体极限。

大气压已经尽人皆知，是一个科学常识。它来自于大气分子的无规则热运动。水分子无规则运动产生的压强却一直未被发现。以致于，在解释人体为何能存在于大气压中时，只能归因于人体内部存在气压，却绝口不提真正原因：人体内部水的压强。实际上，如果不深入了解水压强，就无法真正理解人得以存活于大气压中这一看似普通实则神奇的现象。

水分子能够进行无规则热运动，这一点与空气分子很相似。花粉在水中进行无规则布朗运动，就是因为在水分子热运动时受到水分子的撞击。爱因斯坦在1905年发表论文，认为这一现象证明了分子热运动的存在。

水分子撞击到物体上，会产生压强。因为水压强具有很高的迷惑性，将自身隐藏得很好，人们一直未能象发现大气压一样发现水压强，揭开水压强的真面目，对水压强的测量也始终未进行过。

我发现水压强还不低，甚至比大气压还要高出一些。将一个气球按进水中，会发现气球体积收缩了一些。就是因为水压比大气压要高。

有一个实验能证明水压与大气压接近。将灯泡放入水中，灯泡并不会碎裂。如果大气压与水压相差较大，灯泡就会向内收缩，或向外膨胀。灯泡的玻璃表面很脆，稍有变形就会破裂。灯泡没有碎裂，证明灯泡内的大气压与水压差不多。

月球表面大气压比地球低得多。如果将在月球上生产出灯泡放入水中，灯泡内大气压就比水压低得多，灯泡会被水压压碎。金星大气压比地球高得多。如果将在金星上生产的灯泡放入水中，灯泡内大气压就比水压高得多，毫无疑问，灯泡会在内部气压作用下发生爆裂。

要想观察水压强的效果，可以在水中进行一次马德堡半球实验。看需要用多少匹马才能将抽成真空的铁球从中拉成两半。预计会超过8匹马。

水分子与大气分子一样进行无规则热运动。水压强的计算公式与大气压的计算公式相同：

预计水压强是1.1*10^5Pa，比大气压稍高一些。水的密度是1000kg/m3；算出水分子热运动速度V＝18.166m/s。这个数字较为合理。水分子在液态时热运动速度较低。随着水温上升，水分子热运动速度增加。当水沸腾时，水分子汽化，热运动速度很高。气体分子在常温下的热运动速度是500m/s。这比液态水分子的运动速度高很多。

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◎水压的测量实验

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对于水压强的具体值，需要通过实验来测定。就象大气压一样，水压原本就应是一个教科书定义好的常数。可惜直到现在，由于对水压的认知模糊，科学家还没有测量过水压，也就未得到水压的具体数值。水压对生命与大自然非常重要，理应与大气压一样，成为科学常数，在物理学教科书上据有一席之地。

这里设计一个测量水压的实验。

正是因为水压强与大气压接近，人类才能安然生存于地球表面。人体内部水压与外部大气压保持平衡（人体也存在一些不含水的器官，如指甲，头发，它们是固体，通过分子间斥力来对抗大气压）。这是一个对地球生物很重要的数字巧合。人就可以随时下水游泳，去海中潜水。鱼类被打捞起来后，就能正常地活着，而不会因压力变化太大而立刻死亡。

如果没有水产生的压强在抗衡大气压，人就只能靠分子间斥力来对抗大气压。那么人体一定会被压得有些紧，体积虽然不会大幅缩小（只要分子靠近一点，分子间斥力会大幅上升，能有效对抗大气压），但人会觉得很难受。会感觉到有一个强大的外力在向内压缩自已。还好自已肌肉结实，骨骼强健，能够勉强承受。想象一个边长为1米的正方体，每面都被10吨的压力压着的感觉，虽然正方体依靠分子间斥力能够保持自身不被压缩得很明显，但如果正方体有感觉，它会很不舒服，就象被很多液压机向中心挤压着，使自身分子紧压在一起，气都透不过来。如果正方体内部都是水分，自身就能产生能抵抗10吨外压的水压，它会轻松自在得多。完全感觉不到外来高压。

地球生物就是这么幸运。体内到外是水分，每个细胞中都充满着水。能够产生足够的水压，与大气压相抗衡。生物因此不会感觉到大气压的存在。自身分子没有被外力挤压，非常松驰轻快。

常温下水压强可视为常数，不会改变。地球大气压如果始终保持在现值，那么人类要想生存在地球表面，就要求水压强与大气压差不多，两者不能有明显差距。否则人体要么无法承受大气压，被压瘪；要么无法承受内部水压，被冲爆。刚好，地球大气密度很合适，温度很适宜，使大气压与水压保持基本一致。各种生物就得以在地球上发展繁衍，从海洋中走向陆地，能够在陆地与海洋中不断进行切换。

其它星球就会是不同情形。金星上如果有生物，它要么只能生存于海洋中，要么只能生存在陆地上。陆地生物不敢下水，水中生物也不敢接触到空气。因为金星上大气压比水压高得多。幸好地球不是如此，否则就太无趣了。

豆腐处于大气压中，就象每面都被一头大肥猪所压。豆腐是蛋白质分子与水分子混合物。水分子在豆腐内进行无规则运动，产生水压。豆腐之所以不会被压得支离破碎，完全得益于内部的水压，与分子间斥力，一起抗衡着外部大气压。

给豆腐压上100kg重物，直觉上豆腐就会被压碎。因为豆腐是固水混合物，很软，在水润滑下，可被随意揉捏改变形状，经不起单面重压。固水混合物都是如此。这由水分子的特性所决定。水本身就具有流动性，可以随便改变形状。任何固体，只要溶于水中，或渗入很多水分，就会变得柔软。

但如果在豆腐的六个面都压上100kg重物，豆腐还会被压碎吗？并不会。豆腐就算是要碎，向一个方向裂开，可那个方向也已经压上了重物，没有裂开的缝隙。豆腐凭借内部分子间斥力与水分子压力来抗衡外部大气压，内外压强达到平衡。这就是大气压下豆腐并不会破碎的原因。豆腐确实会因为大气压的压迫，体积会收缩一点。但分子间斥力与水分子压力都相当可观，足以轻松对抗大气压。豆腐体积并不会因为大气压存在而有明显变化。

豆腐被晒干后，内部不再有水分子，没有了水压。豆腐干就完全凭着分子间斥力来与大气压抗衡，不仅不会被大气压给压碎压坏，也拒绝被压缩体积。

有一个现象令人不解：海底水的重力产生巨大压力，高达每平米数万吨压力。可海底却有很多软泥。这些软泥为什么没有被压成硬块？

1万米深的马里亚纳海沟，水的重力产生的压强达到1000个大气压，相当于1m2表面压着1万吨的重物。这种地方，海底应该被压得坚硬如铁吧？

但实际情况并非如此。再深的海底，都会有很多软泥。

这实在令人不解。1万吨的巨大压力，超过了地表最强液压机，难道还不足以将1m2泥土压得坚如磐石吗？这一现象曾让我颇费思考，困惑多时。现在终于找到了答案。

海底的泥土，是一些固体物质与水的混合物。如果是纯固体物质，肯定会被压得极硬，纯粹是以分子间斥力来抵抗万吨水压。分子间的间距极小。压力如果足够大，物体都可能被压成电子简并态，电子从原子核周围轨道脱离成为自由电子，就象白矮星一样。简并态物质拥有极大密度与极高硬度。

当然，海底的万吨水压还远不足以将物体压成简并态。固水混合物虽然被压得极紧，与固体一样，是以分子间斥力来抵抗水压。但它仍然是固水混合物。这种混合物就是固体溶于水的产物。水最大的特点就是能够自由流动，水分子能够进行无规则热运动。这使固水混合物在万吨压力下仍然比较具有柔软顺滑的性质，成为一团软泥，而不是坚硬的固体。

海底最不缺的就是水。固水混合物充斥着海底。所以，尽管压力巨大，海底仍然有很多软泥。