如果在太空中扎破一个气球,会发生什么样的事情?
当你在地球上一直不停地吹气球,直到超过某个临界状态时,气球就会爆炸。这是因为橡胶的弹性是有限的,它迟早会在内部气压的作用下失效破裂。这时候,气球就会在你的脸前爆炸,并发出足以吵醒整个街区的超大噪音。
然而太空中可没有外界的大气压(1atm)从四面八方向内压缩气球,因此一旦有人把空气吹进气球,那么唯一能够约束这些气体的就是橡胶壁的弹力。这只太空气球里的空气将会以极快的速度膨胀,迅速拉伸橡胶壁,直到超出它的弹性限度,导致整个气球爆炸。
事实上,在你将气球从增压仓(飞船的增压仓,你应该能想象得出)里取出的那一瞬间,气球里的高压气体就会在不到一秒的时间内迅速膨胀(几乎可以看作是无阻力自由膨胀)然后爆炸。当气球膨胀时,气球内的气体分子运动速度接近音速,甚至能略超过音速。一旦气球爆炸,这些分子就会以稍低一点点的速度喷射进空旷的宇宙,直到它们撞上挡路的其他粒子为止。
而气球的橡胶碎片也会类似地从爆炸原点直线飞出,朝着橡胶膜上最先出现的第一个裂口的反方向运动。就像前面提到的那样:这个问题的重点不在于你能不能在太空中扎破气球,而在于你是否来得及在高压空气替你撑爆气球之前扎破它!
当你在地球上吹起气球时,它看上去平静而且无害,但气球的内部其实充满了叫嚣着要夺路而逃的气体分子。事实上,如果你用小针刺破气球,里面的气体就会以音速甚至超音速冲出来!当这股气流路过我们的耳朵时,我们的耳膜就会接收到传来的压力波,而这就是“嘭”的一声巨响的真实身份——天上的超音速飞机突破音障时的引发的那声巨响也是一个原理!在外太空中,空气分子同样会在气球破裂时向外膨胀,但宇宙里并没有大气,也就没有可供它们“打破”的音障。因此,太空中的气球爆炸是一场纯粹的默片。