气体分子总是和我们形影不离。地球大气时刻包裹着我们,撞击着我们,推动着我们,也维持着我们的生命。大气的有趣之处在于,它不是静止的,它总在不停地流动变化。空气在我们眼里是隐形的,若非如此,我们就会看到大量空气不断升温或是冷却,扩张或是收缩,永不停歇地运动。和气体分子一样,大气的运动也遵循气体定律。就算离开了抹香鲸的肺和蒸汽发动机,空气中的分子仍在一刻不停地彼此推挤。大气在不断运动,根据环境的变化调节自己。人们看不到大气变化的细节,却给大气运动带来的结果起了个名字:天气。
广袤的平原是观察风暴的最佳地点。风暴来临的前一天,天气晴朗,天空蓝得像是永远不会变一样。看不见的空气分子聚集在地面附近,向着高处扩散,它们一刻不停地推挤、碰撞、流动、调整。温度变化促使空气不断地从高压区向低压区分流。不过,这一切进行得缓慢而平和,你很难想象这些分子携带着多么巨大的能量。
风暴来临之日的凌晨和前一天别无二致,但天空更加清澈,所以地面升温的速度也大大加快了。空气分子吸收了部分热量,运动速度越来越快。到了午后,天空中已经形成了一道厚厚的云壁,它不断移动、扩张,直至遮蔽整个地平线。能量在流动。压差推动气体形成的厚墙碾过这片平原。由于这堵巨墙并不稳定,戏剧性的场面出现了。气体分子彼此推挤,但它们没有足够的时间来重新达到平衡。与此同时,大量能量不断流动,情况瞬息万变。被地面加热的空气向上推挤云层,在气墙上方顶起一座座高塔。
雷雨云终于来到了我们头顶,低悬的黑色云层遮蔽了一望无际的湛蓝。头顶不时传来沉闷的雷鸣,我们看不到空气分子,只看到乌云翻涌如潮。云层中的气团彼此冲撞推挤,巨大的压差让这个再调整的过程变得迅猛狂暴。能量在空气分子之间交换,雨滴逐渐形成、变大,第一批硕大的雨滴开始坠落。强风从我们身边呼啸而过,那是空气分子在地面上飞奔。
巨大的雷雨云让我们看到了湛蓝的天空中积聚着多少能量,但这看似极端的现象不过是空气分子的推挤和碰撞在宏观层面上留下的痕迹,分子层面发生的事情比这还要激烈得多。空气分子会从阳光中吸收能量,再释放给海水,从云层的冷凝中吸收能量,再辐射到太空中。无论如何,它们总在按照理想气体定律一刻不停地调整自己。旋转的地球拥有斑斓的色彩和起伏不定的表面,使得这种调整更加复杂,云、微粒和某些气体的存在又带来了额外的变数。天气预报实际上就是追踪头顶天空中的战斗,挑选出对地面上的我们影响最大的结果。不过从本质上说,大象用鼻子喝水、火箭一飞冲天,还有蒸汽推动火车也遵循同样的原理,这些现象都是气体定律在现实中的投影。爆米花和天气之间也有这种隐秘而深刻的关联。