PART 6 有舍才有得理想气体定律

理想气体定律是条小小的方程式，描述大多数情况下大多数气体的体积、压力和温度之间的关系。这句话活像是律师说出来的，提醒我们：这条定律并不是任何时间、任何地点都适用，但如果用在我们的日常生活中，那么这项定律就是货真价实的宝贝了。而且，理想气体定律是个伟大的模型，它让我们看到在封闭系统中，不同的变项是如何相互影响的。还可以把这条定律稍做修改，得到完美任务定律——在压力下仍能有好表现的指引法则。

如果你对数学很内行，大概可以想到理想气体定律表示为PV=nRT，其中P是压力，V是体积，n是气体的分子数量或摩尔数，R是一个想象出来的常数（为了让其他数字都配合得恰如其分），而T是温度。如果你的数学不怎么样，可以把理想气体定律简单想成有史以来最显而易见的科学定律的强力候选人。

理想气体定律以及它的超简化版本查理定律和波义耳定律，这几个方法全都用来计算并定量你早就直觉了解的事情。举例来说，如果我们把气球里的空气放出，气球就会变小——只要我们没有耍什么心机，例如改变温度或改变气球外的气压。早在大家都还是幼儿园小鬼头的时候，我们应该都会注意到气球放气就会缩小。这并不是什么最新消息。

虽然没什么新奇的，但理想气体定律确实能让我们更详细地检视和气体有关的一切现象，让我们进入气体分子的秘密生活。这里的“分子”除了指CO2——二氧化碳之类的分子气体，也指单纯古老的原子气体，例如氦。在理想气体世界里，可以把它们当成同样的东西。气体分子们并不会乖乖地待在同一个位置。如果气体分子够大，就可以看到它们到处乱跳，一直动个不停。它们拥有的能量越多，动得越快；动得越快，温度也就上升得越高。只有在绝对零度（零下273摄氏度）的状态里，分子才会几乎完全静止，否则这些分子几乎都是疯狂的舞棍。

为了示范分子层次的气体活动，G先生在讲桌上放了两个有水的烧杯：一个装冰水，一个装滚水。他拿出一颗金属球，看起来就像古老的圣诞装饰品，还用一根细管子把它和一个小小的阀门与压力计连在一起。他把小球浸入冰水里，压力计的读数并没有动静。“了不起。”可爱的派崔克站在我身后小声说。现在看来并不怎么值得记在心里。

但是当G先生把球放进滚水的时候，球内的压力蹿升。他解释说，金属球里的分子因为被加热而动得更剧烈了。移动的分子彼此撞击，并且推挤金属球的壁面。众多分子撞来撞去，就成为可以测到的压力。

G先生打开阀门，放出一点热气，让里面的压力和教室中的大气压力平衡，然后又把阀门关上。G先生再次将金属球放入冰水中，这时薄薄的金属球发皱凹陷，就像牛仔脚下的空啤酒罐。依照G先生对这个现象的解释，我想象金属球里有好多跳个不停的分子。

球内分子（温度和室温相同）原本按着正规小步舞曲的步调跳舞，就像听莫扎特的作品一样。它们彬彬有礼地面带微笑，只让分子们的小手相碰。金属球浸入热水的时候，能量增加（温度上升所带来的），分子乐团开始演奏一些早期摇滚乐，男生扯开硬邦邦的外套，女生把盘起的头发放下，大家开始摇摆起舞，跟小步舞曲比起来更容易撞到别人。爱表现的分子甚至会把舞伴抛到半空中、从胯下甩过去，大家撞来撞去的，不时还会撞上壁面，这些都会让金属球内的压力升高。

随着温度持续上升，乐团奏起更狂野的节奏，分子们开始疯狂地手舞足蹈，脱掉毛衣用力甩开，把挂在小小身躯上的T恤撕烂，还四处喷漆涂鸦。它们变成庞克族，在嘴唇上打洞穿环，到处敲敲打打。如果分子们空有一堆能量却无处发泄的话，就会发生这种事。

只要把分子们关在一起加热，内部的压力就会增加。那些空气分子跳来跳去，撞上金属球壁。它们急着展现拿手的舞步，可是真糟糕，却一头撞上墙壁。它们需要表现的空间！G先生释放一些分子，让金属球里面没那么挤，让它回复加热前的压力，分子们就有空间可以伸伸手脚。它们又可以像之前那样热舞，而且不容易撞到墙壁，也就有更多自由空间可以舒展。

当金属球里面的空气又冷却下来的时候，能量降低，音乐变慢，分子们也变得克制。它们发现舞池空了一半。其他人都跑到哪儿去啦？分子们清清喉咙，寻找自己乱扔的衣服。它们再度跳起客气有礼的社交舞，低头看着自己的脚，避免眼神接触。它们不再需要这么多空间，而且现在人也比较少了，几乎不会撞到金属球内侧。球内的压力比外头的大气压力低，于是壁面往内凹陷。派对真的结束了。

多年后的某个大热天，我回到车上，发现有一罐乐啤露炸开了。因为看过G先生用金属球做过的示范，所以我知道这是为什么。乐啤露里的二氧化碳如果受热，就会对罐子内壁施加压力。到最后，压力大到必须有更多空间才行，但因为罐子无法像气球或自行车胎那样大幅膨胀，于是惊天动地炸了开来，整个车厢都是黏黏的乐啤露。后来，我的车里就一直有种很好闻的怀旧冰淇淋店甜味（即使那罐乐啤露在寒冬中冻得硬邦邦，还是一样会炸开。老实说，你怎样都斗不过这些罐装乐啤露的）。