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我知道大自然讨厌真空状态，因为九年级开学第三个星期的时候，罗榭尔修女是这么说的。大自然这么不喜欢某样东西（在这个例子里，是讨厌“没有东西”）似乎有些诡异，但我觉得罗榭尔修女的话很值得信任。以前我只在电影里看过修女，她们要不是在想办法喂饱贫民，就是在帮助无依无靠的人。不管是哪种情形，看起来都很诚恳而热心。罗榭尔修女和电影里的那些修女有点不太一样。她穿着亮丽的花洋装，拥有小巧、宛如强壮体操选手的结实肌肉，而且每堂课上课前都高声向耶稣祈祷，神色自若得像是一边喝咖啡、一边交换折价券情报一样。不过，她是个修女，我并不怀疑她的为人。 罗榭尔修女解释，“真空”指的就是一无所有。她把手指张开，双手举高，在空中挥来挥去。这个爵士舞动作是用来表示我们四周的空气里充满了氧、氮还有氦原子。罗榭尔修女说，我们早就习惯了这些看不见的气体原子和它们加在我们身上的压力，甚至不再注意到。但如果空气不见了，它每平方厘米大约1.0336公斤的压力也将随之消失，我们就会遇上麻烦。我们的耳膜会破掉、内脏会扩张、身体会肿胀得很不舒服，过没多久，就会在浑身不对劲中死去。 把爵士舞的手势放下后，罗榭尔修女歪着头，用她那一排乱翘的刘海对着我们，这表示“请大家仔细想想大气压力”。 在这所新学校里，我马上注意到一件事：经常需要仔细想想。举例来说，平常上课的日子，我们需要思考《新约圣经》的寓言、《老人与海》的象征，还有，如果我们没在白色制服衬衫里穿胸罩的话，表示什么意思。关于最后那个问题，我的猜测并不正确。显然，不穿胸罩就出门并不是指“我出门的时候，内衣还在烘衣机里没干”，而是宣告“我是个性生活不检点的女孩，将来要过着因梅毒而失明的日子”。 为了提醒我们进行科学思考，罗榭尔修女会提出一个问题，然后挑起双眉，热切地看着我们，身体还会微微前倾，屏息以待。我比较担心的是她会把气憋住，停止呼吸。要是没人回答，她说不定会昏倒，然后往前栽个跟斗，跌在第一排的人身上。 其他的女孩似乎并不担心，说不定她们知道修女老是这么做。她们知道很多我不知道的事情：依着看不见的提示在胸前画十字；进教堂时要来个怪怪的小小屈膝礼、起身、坐下；响应“阿门”和“也与你同在”时，动作一致到让人头皮发麻。我一直比其他人慢个两秒钟、十字画错方向、该坐的时候站着，或是喃喃念着“哆蕾咪哆”，看看会不会刚好跟她们念的东西押韵。 这些女孩熟悉天主教的舞步，却不了解人的身体需要换气；或是说，她们并不在乎。我尽量回答问题，其他人却一片死寂地坐着，安心看我们的老师在台上卖力演出。整堂课都是这样进行的——我想尽方法回答娇小老师的问题，还有关于气体分子讲到一半没讲完的话，以免她憋到没气。 为了示范大自然有多讨厌真空，罗榭尔修女拿着一部小型电动水泵，用一根管子和一只塑料水瓶连接在一起，在阵阵嘈杂中讲解。随着水泵慢慢吸出瓶子里的空气，瓶子越缩越小，最后扭曲变形。罗榭尔修女继续她的酷刑，兴高采烈地说明，当我们将瓶内空气移走，外头的空气就挤压瓶身的塑料。瓶内已经没有空气往外推，只受到外部的压力。 科学家说“大自然最讨厌真空”，是因为瓶子外头的空气看起来会不顾一切挤进水瓶内的空间。 罗榭尔修女突然施出空手道的手刀动作，几乎要碰到皱巴巴的水瓶，她用这个动作来表示水瓶外的气压。仔细想想，我真是小看了修女的街头格斗技，应该把她的体形、职业，还有苗头不对时会有超强后援一并列入考虑。接着我又在想：我怎么老是想个不停？ 罗榭尔修女打开一包超大棉花糖，这使我全神贯注。如果她点燃本生灯，再拿出一些全麦饼干和巧克力棒的话，我第一个志愿当她助手。我环视整个房间，发现自己位置绝佳，完全没有其他人在关心棉花糖的事。 罗榭尔修女把三颗棉花糖放在像是倒扣的大型玻璃色拉碗下面，又打开轰隆作响的马达。碗顶的小孔塞了个软木塞。管子一端穿过软木塞，一端通往水泵。她问同学们，如果把碗里的空气抽走，会发生什么事。全班一片沉寂，她屏住呼吸等待回答。和往常一样，我和罗榭尔修女合力演完整出戏。 确定那玻璃碗要比塑料水瓶还坚固，不会变皱或裂开后，我注意到那些棉花糖胀大膨起。棉花糖四周没有空气，也就没什么东西挤压它们。棉花糖会往空无一物的空间扩张。真酷。罗榭尔修女正在兴头上。 她没忘了告诉我们，如果把头伸进航天员的头盔，然后把里面的空气全部抽光，我们的脸就会像这些棉花糖一样肿起来。缺氧之前，我们差不多有90秒的时间可以仔细想想科学的奥妙之处。在那段时间里，我们可能会觉得舌尖的口水由于压力下降而沸腾。她提醒我们，大叫也没用，因为声音是一种波，必须借由挤压空气才能前进，所以在真空中无法传播。我绝对、永远不会把我的头伸进航天员的头盔里，再把空气抽光，好看看自己的脑袋会不会变肿。 接下来的那个星期，罗榭尔修女由空气的实验进展到水的实验，我又多学了几样重要的知识。首先，当她拿着实验室里的水管时，别靠得太近，因为她常会手舞足蹈。其次，水和空气的行为有许多相似之处。如果水包围着某个没水的空间，它会极力进入那个干燥的区域，就像塑料瓶外头的空气努力想进入没有空气的塑料瓶内部。 罗榭尔修女解释，我们用吸管吸东西全都是应用这个原理。感觉上，似乎是我们把冰茶吸进嘴里，但我们只不过是清掉吸管里的一些空气，让冰茶被推入吸管，而推力来自茶水表面的空气。待在杯子里的茶水感受到表面众多空气分子的重量（大气压力），但既然你已经把吸管里的空气吸走，压在冰茶液面的压力一下子高过液面下的茶，姜汁绿茶就这么往上前进，落入你嘴里。 ◎ 和大气压力对赌 提供各位一个可以赚点零用钱的趣味方法。罗榭尔修女并没有教我们这么做，不过相关知识都是从她那学来的。下回，当你在演唱会后台遇上别的乐团，可以叫各团主唱出来比一比，看谁的肺最有力（只要是当主唱的，不管是什么比赛都绝对不会错过，而且他们对自己的肺活量都十分自豪）。提个主意，每个人出二十美元，赌一赌肺活量（如果是坐豪华巴士巡回的团，赌金就要乘十倍；如果只有乐器坐车，而团员搭飞机，那赌金就得乘上一百倍）。告诉大家，谁赢了就可以把钱全都拿走；不过万一没人成功，那就庄家通吃。就在各家主唱开嗓暖身的同一时间，你从包包里拿出两根10米长的塑料管，粗细就跟吸管一样（随身携带塑料管还有很多其他绝妙好处）。然后呢，再跟灯光师借两把梯子，请各团的主唱爬上去，站在同一阶——位置要够高，头部距离底下的啤酒瓶要超过10米。拿出秒表，告诉这些主唱，谁能在规定时间内最先像个古希腊喷泉一样，把含在嘴里的啤酒吐出来，证明自己可以用吸管吸到啤酒，就算获胜。 倒数计时要做得有模有样。接下来就好好欣赏这几位主唱用嘴费劲吸，和超级名模一样吸到腮帮子都凹了下去。看起来谁都没办法用吸管把底下的啤酒吸上来，这时可以说点鼓励的话，祝他们好运，再把赢来的赌金收一收，赶快准备闪人。 你可以带着十足把握进行这项科学示范（说“欺诈”就太难听了），结果也绝对包你满意。因为不管乐团主唱的肺有多强，顶多只能把吸管里的空气吸光，没有别的力量能把啤酒抽上去，只能靠大气压力从另一侧推，所以啤酒能上升多高是有极限的，这个极限刚好差不多是10米左右。你赢定了。 手动抽水泵也是用同样道理运作。抽光水泵里的空气，水就涌出，这是由井或湖面上或香水瓶里的空气施力推动所造成的。就和吸管一样，手动抽水泵并没有抽水。它只不过是把空气分子清光，以至于液体另一端的空气压了下来，赢得推挤比赛的胜利者宝座。 ◎ 生活物理学：大自然会设法把空缺补满 当我觉得生活塞得太满，于是开始清理衣柜、清理行事历时，同时也必须留意“大自然讨厌真空”这回事。我很清楚，大自然马上会设法把空隙填满，而且不这么做不行；也因为我知道大自然的这项特性，所以一开始就要压制它，清空或补满都必须由我来控制。如果星期五晚上空出来了，却没有用其他事情补上，大自然就会忍不住插手。它不挑，随便什么都好。我会被选进业余的马球队，赛后都得大口狂饮啤酒，或被说服提供外来鸟类临时收容服务。这两种活动我都没意见，可是我的酒量没那么好，而且看到鸟就会吓得魂飞魄散（我三岁的时候看了几段希区柯克拍的《鸟》，真是大错特错）。 不管是谈恋爱、生涯规划，或者生活当中需要花点心思的其他什么事情都一样，千万别出现真空状态，要在大自然动手之前，自己把空间填满。 如果你不希望自己好不容易创造出来的新空间立刻被填满，需要有时间决定究竟自己想要什么，那就要做好准备，因为大自然会努力扳回一城。你当然有可能整理出一块净土，不过要花费不少心思。许多念佛的、坐禅的、练瑜伽的这些人终其一生都在腾空间。也许表面上看似安详平和、处事低调无所争，但他们可是和自然打肉搏战的高手。就像罗榭尔修女对付塑料空瓶那样，当大自然不断试图压垮他们时，他们还要对抗如潮水般涌来的诱惑、猜疑和欲望。如果大自然对你想保留的空间施加压力，不妨试试我的办法：想象罗榭尔修女拿着吸尘器的吸头，靠在你心脏、脑袋或是什么需要清空的地方。闭上眼睛，什么都别想，就让吸尘器噗、噗、噗、噗吸得清洁溜溜。 * 物理练习 一、海平面的大气压力是每平方厘米1.0336公斤，这样的压力把水推进空管子里时，高度可达10米。那么，为什么用吸管只能让水升高大约6米？ 解答：我们的嘴没法制造出完美的真空。 就算吸到脸颊发酸，还是没办法把空气里的每一个原子全部抽离吸管。因此，在吸管这边还是有些力量可以对抗压在液体表面上的大气压力，所以没办法上升10米，而是大约6米的高度。由于人们喜欢把饮料拿在手上，所以用吸管喝倒是不成问题。 你可以自己算一算。你应该还记得以前学过水的密度。当时你很认真，并没有分心去注意前面那个家伙的脖子长得很奇怪。水的密度大概是每立方米1000公斤。等式的一边是水的重量，另一边则是大气压力往下推的重量，解出高度： 1000公斤/米3×水的高度＝10336公斤/米2 水的高度＝10336÷1000米 水的高度＝10.336米 二、棉花糖在真空中膨胀，此时重量有没有改变？这样热量会更高吗？ 解答：膨胀的棉花糖其重量和所含热量仍然跟原来一模一样，因为棉花糖的质量并没有增减。只是质量分布的方式不同。 三、如果你能用吸管吸水的高度是5.4米，再用密度比水大的水果冰沙来试，这时候能不能用吸管把冰沙吸得更高？或是跟水一样高？ 解答：由于在饮料表面各点的大气压力都是一样的，因此无法得到额外的助力。至于你的嘴，也一样会在饮料表面与吸管之间造成同样的压力差。唯一有变化的就是吸管内的液体重量。既然水果冰沙比水重，就没办法像你用吸管吸水的时候那么高。 四、还有谁在用“最讨厌”这个词？ 解答：科学老师、吸血鬼、鼓吹内战的人。 * 试着做做看！ 从前面和乐团主唱打赌的经验，我们可以了解到，用一根10米长的吸管吸饮料是不可能办到的，那么我们来研究研究可用多长的吸管来喝饮料，还有大气压力的作用吧！ 你需要的是：两根长7.5米的吸管、两杯调酒、一队好胜又青春健美的高中或大学啦啦队。 找一处沙滩（为了确保你和海平面一样高，而且落地时较软），把装着调酒的杯子放在沙地上。再找一群强壮得不得了，而且平衡感超级棒的啦啦队员，请他们叠成金字塔，你则高高坐在最上层。试试看从那个高度用吸管喝酒。 接着，把吸管剪去30厘米，然后变换阵式，让你坐的位置同样降低30厘米。反复操作，直到你能把调酒吸起来为止。把能吸到调酒的最大吸管长度记录下来，接着，带着那杯调酒和啦啦队员来到喜马拉雅山的山脚，同样从头做一遍。在喜马拉雅山的山脚下，你能用吸管喝到饮料的最大高度是多少？比较短，还是比较长？ 解答：在沙滩上，大气压力全都压在液体的表面，根据把空气抽出吸管的能力好坏，当你把吸管里的空气吸出去的时候，调酒可在吸管里上升3到6米高。 高海拔的喜马拉雅山区大气压力较低，压在液面上的压力就比较少，所以即使你把吸管里的空气抽出来的能力一样，你能用吸管喝到饮料的最大长度会比在海滩用的要短；这是因为把调酒推进吸管的压力减少了。 记得招待啦啦队员做喜马拉雅玫瑰盐去角质按摩。他们还真有耐心肯听从你的怪异要求。