有一种观点在很多人甚至是水手之间都很流行,他们认为,船只如果在大洋里沉没了,它是不会沉到海底的,而是一动不动地悬浮在深海的某个地方。因为上面各层水的压力作用,在深海的某处,海水的密度“已经变得非常大了”。
好像连《海底两万里》的作者凡尔纳也认同这种观点。他在小说《海底两万里》的第一章里,就描写了一艘沉没的船,这艘船就安静地悬浮在水里。而在另外一个章节中,他再次提到一些“浮在水里的破船”。
那这种观点是否正确呢?
这种观点看起来好像是有些道理的。在深海里,水的压力的确可以达到非常大的程度。沉在海里10米处的物体,它每平方厘米所受到的水的压力只有1千克;到了20米的深处,压力就变成了2千克。以此类推,100米的深处就是10千克,而到了1000米就达到100千克了。有些海洋的深度可以达到几千米,甚至更深。比如,位于马里亚纳群岛附近的深海区,深度可以达到11千米。我们很容易就能算出在这样的深水环境下,不论是海水还是沉没在其中的物体,它们承受的压力有多大。
如果把一个空瓶塞紧瓶塞,投入到深水中,随后再把它捞上来,你会发现水已经把瓶塞压进了瓶子里,瓶子中装满了水。著名的海洋学家约翰·莫里在他的著作《海洋》一曾记录了他做的一个实验:
取3根粗细不同的玻璃管。把这些玻璃管的两头都烧熔封闭。然后,用帆布把这些玻璃管裹上,放进一个铜制圆筒里。圆筒的上面有孔,水可以自由进出。然后把这个圆筒放到大约5千米深的深水处。
当你把这个圆筒捞出来之后,你会发现帆布里面全是像雪花一样的碎玻璃。
假如我们把一块木头放到这样深的水里,捞出来以后你会发现,木头就像砖块一样沉到圆筒底部。这些都是因为水的巨大压力的作用。
所以我们自然会认为,深海中的水一定会被这样大的压力压得非常密实。这样的话,重物在到达那个地方之后,就不可能再往下沉了。这就好像秤砣不能在水银里下沉一样。
实际上,这种见解是经不起分析的。有实验证明,水和其他所有液体一样,都很难被压缩。当有1千克压力作用在1平方厘米的水面上的时候,水的体积只能 缩小
,而这种外在压力每增加1千克,水体积的缩小幅度其实并不大。如果想达到铁都可以浮在其中的程度,我们得把水压缩到什么样啊?答案是水的密度需要增加到原来的8倍。但是,如果将水的密度增加1倍,也就是说将水的体积缩小一半,就得在1平方厘米的水面上施加重达11000千克的压力(我们姑且假设在这样的压力下,水的压缩率也是这么大)。而如此巨大的压力只有在海下110千米的深处才会出现!
根据上面的分析我们可以知道,大洋深处的水的密度会有很大的变化,这种想法是不对的。即使在水最深的地方,水的密度的变化也不大,只是增加了
倍,也就是正常密度的
或5%而已。这种密度变化对水中各种物体的沉浮条件基本上不会产生什么影响。另外,还有一点别忘了,固体物质沉浸在这种水里时,也会受到同样的压力,所以也会变得更密实一些。
所以,沉没的船只肯定会一直到达海底。莫里说:“如果某样东西在一杯水里会沉底的话,到了海里也一样会沉到海底最深处。”我看到有人并不同意这个观点,他们是这样辩解的:“如果把一个玻璃杯底朝天小心翼翼地浸在水里,那这个玻璃杯就会悬浮在水面上。因为玻璃杯排开的那一部分水的重量与玻璃杯的重量恰好相等。如此放置更重一些的金属杯子的话,它也一样会浮在水面上,并不会沉到水底去,只不过水位会更深一些而已。”
同样的道理,当巡洋舰或者其他船只不幸沉没的时候,也有可能在中途“停留”,待在通往海底的半道上,而不是沉底——如果船上的某些地方是密封的,里面含有空气无法外泄的话,那么这艘船下沉到达一定的深度之后,就会停下来,待在那里不动了。而且很多船只都是底朝天沉到海里去的。海洋里一定有一些沉没的船只并没有沉到海底,而是悬浮在深海中的某处。这些船只只要受到一点点推力,就会失去平衡,船身就会翻转过来被水装满,一直沉到海底去。但是我们知道海洋深处十分安静,没有任何声音,连暴风雨的回声都到达不了那个地方,又怎么会产生这种推动力呢?
所以,以上所有这些论证的物理学基础都是不正确的。底朝天的玻璃杯同木块或者用瓶塞塞紧的空瓶子一样,它们自己是不会沉到水里去的,而需要依靠外力作用才能沉到水里。同样的道理,底朝天的船只只会停留在水面上,不会往下沉,所以也不可能停留在通往海底的半道上。