好奇心流淌在我的家族血液中。我的家人总是乐于接触和探索新事物,不厌其烦地尝试新东西。所以,哪怕我在全家聚餐时突然跑进厨房翻出一瓶柠檬汽水和一把葡萄干开始捣鼓,他们也丝毫不会大惊小怪。那是个美丽的夏日,我母亲家的花园里坐着全家人,包括我的妹妹、姨妈、祖母和父母。我找出一瓶2升装的廉价柠檬汽水,撕掉标签,然后把那个塑料瓶放到桌子中央。面对我的疯狂之举,他们谁都没有说话,但我知道,大家都在关注我的一举一动。于是我打开瓶盖,往瓶子里加了整整一把葡萄干。柠檬汽水里升起了泡沫,等气泡散尽,我们发现葡萄干在水中舞动。我本来觉得这个小把戏最多能吸引大家一两分钟的注意力,但祖母和父亲却一直盯着它看。塑料瓶仿佛变成了一盏熔岩灯,葡萄干从瓶底浮到水面上,然后又沉下去,周而复始。它们在瓶子里打着旋儿互相碰撞,十分热闹。
一只麻雀飞了过来,它一边啄着桌上的面包屑,一边好奇地看了瓶子一眼。桌子对面的父亲也紧盯着瓶子,眼神里同样充满好奇。“放其他东西进去也行吧?”他问道。
答案是肯定的,而且理由非常充分。瓶盖打开之前,瓶内气压远高于外部气压。就在你拧开瓶盖的瞬间,瓶内气压下降了。柠檬汽水里溶解着大量气体,高压迫使它们停留在水中;但是突然之间,所有气体有了个出口。问题在于,它们需要一条疏散路线。制造新气泡非常困难,所以这些气体分子只能加入已有的气泡。葡萄干来得正合适,它的表面满是V形褶皱,这是个有利因素,因为柠檬汽水无法彻底填充缝隙里的空间。沉到水底的葡萄干,每一条皱褶里都藏着气泡的雏形——一小团气体。这就是你需要葡萄干(或者其他密度略大于水的皱巴巴的小东西)的原因。柠檬汽水里的气体涌进这些还未成形的气泡,给葡萄干穿上一层气体组成的救生衣。葡萄干本身的密度比水大,所以重力会拖着它沉到水底;但气泡成形后,葡萄干和这些气泡加在一起的整体密度就变小了,于是它开始上浮。到达水面后,气泡破裂散逸,于是你看到葡萄干沉了下去。葡萄干被气体托出水面,因为失去救生衣而下沉,这样的过程周而复始,直至柠檬汽水里多余的二氧化碳耗尽。
在桌子中央放了半小时以后,瓶子里令人眼花缭乱的现象终于渐渐平息,只是偶尔还有一粒葡萄干无精打采地缓缓沉浮,柠檬汽水也蒙上了一层黯淡的黄色。浮力带来的盛大演出已经谢幕,剩下的一大瓶液体看起来就像泡着死苍蝇的尿样。
试试看吧。如果你能找到一小把葡萄干,那么这套小把戏很适合在在聚会时活跃气氛。关键在于,气泡和葡萄干融合成了一个整体,它们一起运动。裹在葡萄干上的气泡几乎没什么重量,却能大大扩展它们所占的体积。物体的密度等于质量除它占据的空间,所以葡萄干和气泡组成的这个整体,其密度小于葡萄干本身。重力以拉力的形式作用于物体,密度小的东西重力也更小。正因如此,某些物体能浮起来——漂浮只是重力引发的一种分层现象。重力将密度大的液体向下拉扯,如果浸泡在液体内的物体密度相对较小,它就会上浮。所以我们说,比液体密度小的物体会漂浮在液面上。
充满空气的空间可以帮助调节物体的相对密度和漂浮状态。众所周知,“永不沉没”的“泰坦尼克号”就在底舱中设计了巨大的防水隔间,它们的作用类似葡萄干上的气泡:充满空气的隔间为这艘巨轮提供了更多浮力,让它能浮在海面上。结果“泰坦尼克号”撞上了冰山,隔间的密封性遭到破坏,水灌满了底舱,就像葡萄干上的气泡散逸到空气中。和失去了救生衣的葡萄干一样,“泰坦尼克号”只能无奈地沉入深海。
我们见惯了物体的沉浮,却很少会想到物体有重力才有沉浮。这种亘古长存的力量占据着生命的舞台,时时刻刻提醒我们哪边是“下”。重力的作用大得不可思议,它将所有物体固定在地面上,让一切看起来井然有序。与此同时,重力产生的效果也是最直观的。力很奇怪——你看不见它,也很难弄清它的作用。但重力一直在那里,大小不变(至少在地表是这样),方向恒定。如果你想深入了解力,重力是理想的启蒙老师。先了解一下坠落现象吧,这是最好的入门方式,不是吗?