文章内容

大家好，我是魅力科学君，今天我们来讨论一个很有意思的问题：1万米的深海里，用一个钢瓶装满水后密封起来，捞上来后瓶内还有高压吗？

首先来讲，深海里的水压是非常强的，因为海水的深度每增加10米，水压就会增加大约一个大气压，这样算下来，1万米深海里的水压，就有大约1000个大气压，大概相当于100MPa（10^8 Pa）。

这是什么概念呢？这样说吧，将1吨的重量全部压在你的指甲盖那么小的面积上，其产生的压强大概就是100MPa。

所以我们不难想象，如果把一个封闭的空钢瓶置入如此高压的环境中，那它很可能就会被直接压扁，也就无法装满水了，如何解决这个问题呢？

一个可行的方法就是，让这个钢瓶在潜入深海的全过程中，始终保持其瓶口是向上方敞开的，能够让海水自由地流入瓶内。

正如我们所知，水压会通过海水向各个方向均匀地传递，因此在此过程中，钢瓶内外两侧的水压就一直是相等的，如此一来，钢瓶本身就不会单向受压，自然就能“毫发无伤”地抵达1万米的深海了。

好的，现在这个钢瓶已经来到了1万米的深海里，并且其中已经装满了水，那么请问，当我们把其密封起来之后，瓶内还有高压吗？

对于这个问题，可能有人会说，在被密封之后，由于钢瓶内外已经被隔离起来，因此瓶外的水压就不可能通过海水传递到瓶内，在这种情况下，瓶内就应该没有高压了。

然而实际情况却并非如此。因为这种说法其实隐含了一个前提，即“水是不可压缩的”，但它并不准确。

所谓“水不可压缩”，其实是一个为了方便我们理解日常世界而做出的简化，但事实上，水是可以被压缩的，根据科学家的测算，在常压环境中，水的压缩系数约为4.6×10^-10 Pa^-1，也就是说，每增加1Pa的压强，水的体积会缩小大约0.000000046%。

可以看到，这个数值非常非常小，在日常生活中，这完全可以忽略不计，然而对于1万米的深海里的压力环境来讲，这就不可忽略了，简单计算一下可知，100MPa的压强，可以让水的体积缩小大约4.6%。

由于水分子是极性分子，其正负电荷中心并不重合，因此水分子之间就会同时存在吸引力与排斥力，这两种力本质上都是电磁力，具体的相互作用取决于水分子之间的距离。

简单来讲就是，水分子会强烈倾向于一个能使它们之间的吸引力与排斥力平衡的距离，在一定的范围内，如果它们之间的距离大于这个平衡距离，它们之间就会表现为吸引力，如果距离小于平衡距离，它们之间就会表现为排斥力，并且距离越小，排斥力越大（如下图所示）。

正如前面所述，在1万米的深海里，水的体积会缩小大约4.6%（相对于常压），这就会让水分子间的距离缩短了很多（相对于常压），在这种情况下，水分子之间就会存在很强的排斥力。

对于这个装满水的钢瓶来讲，在它未被密封之前，其内部的这种分子斥力是由外部的水压来平衡的，但当钢瓶被密封后，内部的水就被“锁定”在压缩状态中。

此时，原本由外部水压平衡的分子斥力就失去了“对手”，在这种情况下，分子斥力就会直接施加在钢瓶内壁上，进而形成由内而外的、大小与外部的水压相等的压力（大约100MPa）。

也就是说，当我们用钢瓶在1万米深海装满水后密封起来之后，瓶内其实是存在着高压的，而由于其压力并不是来自外部水压，而是来自瓶内的分子斥力，因此把它捞上来后瓶内当然还有高压。

那么，这个钢瓶被捞上来之后，瓶内的压力有多大呢？我们接着看。

在1万米的深海里，这个钢瓶内部存在着由内而外的压力，但其外部同样有相等大小的水压对其进行“压制”，两者之间的平衡，就使得钢瓶就不会发生形变，但被捞上来之后，外部的强大水压消失了，而钢瓶内部的压力依然存在。

如此一来，就相当于形成了单向受压（相比之下，水面上的大气压可以忽略不计），由于世界上不存在绝对刚体，我们的钢瓶当然也不是，因此在这种情况下，钢瓶就会发生形变，通俗点讲就是：它会被撑大一点。

这个“撑大一点”，就让钢瓶的容积发生了少量的扩张，于是瓶子里的水分子就获得了一点宝贵的额外空间，它们之间的距离得以稍微拉远一点，而根据我们前面所说的原理，它们之间的距离一旦增加，瓶内的压力就会随之减小。

于是，一个新的平衡就此达成：钢瓶内部的压力，在把钢瓶撑大了一点之后，降低到了一个新数值，具体是多少呢？

实际上，这个数值，主要取决于钢瓶本身的材质以及瓶壁的厚度。总的来讲，钢瓶的材质越“硬”，瓶壁越厚，其形变的程度就越低，内部的压力也就越高。对于高强度合金钢瓶来讲，虽然其最终的压力值会明显低于100Mpa，但依然是一个非常可观的高压值，一般都可以达到数百个大气压。

当然了，这需要有一个前提，那就是这个钢瓶的结构足够紧固，不然的话，在被捞上来的过程中，它就会因为承受不了其内部的高压而破裂……