WHAT IF: 一半真空的水杯
投稿 @ 2012.08.08 , 06:05 下午如果一杯水忽然之间一半变成真空，会发生神马？
——Vittorio Iacovella
悲观主义者或许比乐观主义者更容易知道结果。
当人们说“杯子有一半是空的”，他们通常想表达的是一个玻璃杯里包含了等量的水和空气。
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通常，乐天派看到了杯子里一半是满的，而悲观主义者看到了杯子一半是空的。这催生了无数个笑话的变种。举个栗子：工程师看到的是这个杯子是它实际所需要大小的两倍大，超现实主义者看到的是一只长颈鹿吃一条领带(#恕我难以理解，原文是the surrealist sees a giraffe eating a necktie)，等等。
但如果杯子空着的一半变成真空呢？(即使是真空，可以说是没有真正的空，但这就是一个量子语义的问题了)。
真空绝对不会持续很长时间。 但实际上发生了什么取决于一个关键的问题，通常没有人费心问： 哪一半是空的？
在我们的场景中，我们会想象三个半空的杯子，并一纳秒一纳秒的去看发生了什么。
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在中间的是传统的空气/水的玻璃杯。 右边的是一个类似传统的玻璃杯，只是真空取代了空气。 左侧的玻璃杯一半是水，一半是空的，但它的下半部分是空的。
我们会想象在t = 0 的时刻出现了真空。
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在开始的几纳秒里，什么也没有发生。 在这个时刻，连空气分子都几乎都是固定的。
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在大多数情况下，空气分子以大约几百米每秒的速度微动。但在任何给定的时间，总有一些分子移动快于其他分子。最快的几个移动速度超过1000米每秒。它们是右边的玻璃被中的第一批向真空漂移。
左侧的真空被障碍包围，使空气分子不能轻易进去。水，作为液体，并没有像空气一样的扩散到真空之中。然而，在玻璃杯里的真空中，它开始沸腾，水蒸气慢慢的向空的部分扩散。
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然而在两个玻璃杯表面上的水都开始沸腾，在右侧的玻璃杯，空气冲进来，并阻止了水的真正沸腾。左侧的玻璃杯将继续以非常微薄的水汽雾来填充空的部分。
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几百纳秒后，空气冲进入右侧玻璃杯，完全填充真空直到水面，通过液体传送压力波。玻璃杯两侧轻微的隆起，但它控制了压力没有破碎。冲击波通过水反射回空气，加入已经存在的震荡之中。
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真空崩溃的冲击波传播并通过其他两个杯子耗时约一毫秒。由于冲击波波通过它们传递，玻璃杯和水都稍微弯曲。在几毫秒内，一声巨响传到人类的耳朵里。
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在这段时间，左边的玻璃开始明显的被提升到空中。
空气压力正试图一起挤压玻璃和水。这是我们认为吸力的力量。右侧的真空没有持续足够长的时间使吸力举起玻璃，但因为空气不能进入左边杯子的真空，玻璃杯和水开始向对方滑动。
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沸腾的水以少量水蒸气的形式填充真空。由于空间变小，水蒸汽的积累慢慢增加了水表面上的压力。最终，这将减缓沸腾，就像高压也会减缓沸腾一样。
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然而，由于水汽积聚的缘故玻璃和水现在移动得太快了。开始后不到10毫秒的时间内，他们以每秒数米的速度飞向对方。他们之间没有气垫--只有几缕蒸气——水像锤子一样锤向玻璃杯底部。
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水是几乎是不能压缩的，所以撞击并没有被分散开——而是单一的剧烈冲撞。在玻璃杯上的瞬间力量是巨大的，它被打破了。
可以看出，这是“水锤”效应(这如同沉闷的金属声音，当你关闭旧管道上水龙头时，你会有听到；流言终结者曾录制过，在物理课上曾分析过的，并在在无数学生宿舍证明过)冲击玻璃杯的底部并将它打破。
当瓶被撞击时，它突?然被向下推。里面的液体没能马上响应吸力(空气压力)——就像我们的场景一样——很明显一个缝隙出现了。这是一个小的真空——一英寸厚的几分之一——但是当它消失时，冲击打破了瓶子的底部。
在我们的情况中，这个力量将足够破坏最厚重的玻璃杯。
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杯子底部被水带着向下移动并撞向桌子。它周围的水花飞溅，水滴和玻璃碎片向着各个方向飞去。
同时，独立的玻璃杯上半部继续上升。
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半秒钟后，听流行音乐的观察员已经有点小怕。他们不由自主地抬起头看着半个玻璃杯的上升运动。
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玻璃杯有足够的速度撞向天花板，碎成了渣渣......
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…他们的动量消耗完之后，回到了桌上。…
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教训：如果乐观主义者说杯子是半满，悲观者说，玻璃的一半是空的，物理学家闪了。
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