如果从地球表面向太空延伸一条管道,太空的真空会抽走空气吗?

这个问题的想法是对某些尝试的误解,因为我们第一感觉就是真空貌似有一种神奇“吸力”,如果从地球上引出一条管道,太空的真空就会把大气吸出去。这只是我们的生活中的一个错觉,就像我们用嘴吸饮料瓶一样,感觉有某种力量把嘴往瓶子里吸!下面就分析下这个问题。

先说下大气压的问题,它是咋来的

古时候人们通常认为空气没有重量,因为我们生活在地球上从来没有感觉到空气对我们施加任何力量。亚里士多德也曾说过,大自然厌恶真空!因为我们只要把水管里的空气抽出,水就会补充近来,所以当时人们认为大自然不可能存在真空。

但是后来出现的原子论否定了这一观点。意大利物理学家托里拆利发明了第一个气压计,发现大气真的有重量,它认为有某种神秘的力量将空气拉向地面,托里拆利是伽利略的学生,伽利略之前也研究过这个问题。


1654年,奥托·冯·格里克发明了第一台真空泵,并且进行了我们熟知的科学实验,两组马对拉都无法抗衡大气压力,这就是马德堡半球实验。至此人们确信大气压确实存在,但不明原因。

实际上,空气这东西真的很重。海平面上一立方米的空气质量约为1.2千克。因此,举例来说,满屋子的空气可能轻而易举地重达100公斤以上,而一个更大的房间则包含更多的空气,可能重达数吨。当我们处在大气层底部时,我们的身体会经历周围大气压的推动,相当于每平方米超过了10吨,但是我们根本注意不到这种力的存在,因为我们进化在大气中,身体内部也承受着类似的压力。而我们不是在水中进化的,所以我们的身体就能感觉到来自水的压力。虽然人们现在知道了大气压力的存在,但不明原理也是白搭。

对大气压来源的解释

1684年牛顿爵士以一本《自然哲学的数学原理》为人们拨开云雾见天日,发现了万有引力的存在,这是一个真实存在的基本力,它作用于地球上的每一件事物,这是地球能够形成以及表面上的所有东西能稳定的附着在地球表面的力。它不仅解释了当时人们生活中发现的所有无法解释的现象,而且这个定律同样也适用我们地球以外的宇宙空间,至此人类的科学进入了可计算、可预测的时代,是人类历史的关键时刻。当然它也顺带解决了大气压来源的问题。

你看,地球从其核心到外大气层遵循这样的规律,最重的元素会发生沉降,而最轻的元素会上升,地核拖着地幔,地幔支撑着地壳,地壳上有海洋,海洋上有空气。这一切的一切都是引力在起作用。引力为一切提供重量,就像为你提供体重一样。

如果我们在大气中上升得越高,上方的空气就越少,因此我们周围的气压就越低。如果继续上升到100公里左右的高度,就会发现压力一直会下降到零。上方和周围的空气微不足道,基本处于真空状态。

真空并没有所谓的“吸力”,而我们感受到的力来自于大气压的推力

现在要说的问题是,我们用嘴吸塑料瓶感受到的力来自哪里。其实没有“吸力”这么一说,我们感受到的力来自于大气压力产生的推力,而这个推力正是来自万有引力,真空并不会产生任何力。

如果我们在大气中上升得越高,这个压力就越低,当然推力就越低,等压力降到零,就没有所谓的推力了。因此没有任何力会把大气往外推。

现在再来考虑一下家用吸尘器:

我们所说的吸力意思是“将灰尘吸入真空吸尘器的力”,这实际上是大气压,将灰尘推入了真空吸尘器。可能我们平常都会认为吸尘器会将灰尘吸进尘盒,它的真正原理是使用电动机将空气从软管中抽出,而外面的空气位于大气层顶部,由位于其上方的大约100公里的空气重量提供压力。因此,当马达从软管中抽出空气时,在大气压的推动下会有更多的空气涌入以替换压力降低的区域。

总结

所以,这个问题就是不会发生任何事。如果您将管道从地面延伸到太空,将不会发生任何事情。管道内部的100公里深的空气柱就座在那个位置,受万有引力的影响,跟管道周围的所有空气一样。没有神奇的“真空力”可拉动管道的末端,也没有压力将空气推向管道,因为空气压力来自空气的重量,并随高度的上升而下降。敞开的管道末端的压力将为零。