人类与水压斗争，深海远比宇宙更为严酷。人类如何克服这一难题？

深海鱼为什么不会被水压压扁？

“压力”这个物理量在高中物理教材中主要出现在热力学章节。然而，实际上压力仅仅是“单位面积上的力”的意义，所以在力学中遇到力的时候，只要将力除以面积，就能得到压力，似乎压力在任何地方都可能出现。
但事实上，热力学中出现的气体压力与力学中的力有很大的不同。比如，热力学中常见的公式“保持恒定压力下，体积增加的理想气体对外做的功等于‘功=压力×体积的增加量’”，我们来分析一下这个公式。
计算这个功时，关键在于与体积增量相关部分的壁（如活塞）上所承受的压力。那么，不移动的墙壁就没有压力了吗？当然不是。实际上，无论是否移动，容器内壁都会承受相同的压力。
这与力学中的力并不完全相同。力有大小和方向，而压力作用在内壁上垂直的方向上，似乎没有固定的方向。
有人可能会说：“不对，既然是垂直于墙壁，那就有方向。”但是，如果没有墙壁，在容器的中心，压力的方向又是怎样的呢？气体内部肯定也有压力，但由于没有墙壁，方向并不确定。那么，气体的压力是不是只有在有墙壁的情况下才存在，是一种“幻影的力”吗？
当然不是。实际上，压力在容器的中心也真实存在。那么，这时候的方向是什么呢？答案是“所有方向”。取气体内部的一个区域，它表面所承受的所有压力之和，等于气体质量所受的重力。这是必然的，否则气体会运动。
换句话说，压力这种物理量的存在是为了抵消作用在气体上的重力等力。从这个角度理解，在桌子上放置的物体虽然受到重力但不会掉落，是因为桌子施加了一个相反方向的力来抵消重力，这是正确的理解。
同样，桌子对物体施加的向上的力，只有在知道物体所受重力的情况下才能确定；气体中某处的压力，只有在知道气体所受的重力等外力时才能确定。

恐怖的水压

住在地表附近的我们，平时很少会意识到大气压的存在。然而，水压却不同。
每潜入10米，水压就会增加1个大气压。在水深100米的海中（加上原有的大气压1个大气压），承受的水压相当于地面的11倍。因此，呼吸时吸入的氮气容易溶解在血液和体内组织中，导致“氮醉”现象，出现头晕目眩的症状。
不仅如此，上浮到海面时，由于水压骤降，可能出现身体麻木、疼痛、呼吸困难等严重症状，称为“减压病”（潜水病）。
（不计大气压）在深度200米处，水压为20个大气压；在深度300米处，水压为30个大气压，压力惊人。世界上有一些非常厉害的人，比如曾是埃及军队特种部队潜水员的潜水员，他曾潜入到332.35米的深度（截至2014年的世界纪录）。
据说他用了12分钟潜到最深处，为了防止潜水病，他使用了含有多种气体的60多瓶氧气瓶，并花了约15小时才返回水面，这真是令人惊叹。
为什么越深水压越大呢？这是因为在深处，所有上方的水重都压在身上。若没有足够的水压抵抗这些水的重量，水就会流动。
然而，无论是海底还是杯中的水，底部都有阻挡，所以水无法向下流动。结果是，水中的物体会产生足以抵抗上方巨大水重量的水压。
每下降10米水深，水压增加1个大气压，是因为10米水的重量与地球上所有大气的重量相同。这说明气体和液体的密度差异极大。
地表的大气密度大约只有液态水的千分之一。而大气层中密度最高的部分是对流层，约延伸到10公里的高度。10公里的千分之一是10米，所以水深每增加10米，水压增加1个大气压，这个计算基本吻合。

与水压的斗争

人类一直在与水压作斗争。尽管看起来前往太空的难度要高得多，但实际上宇宙空间与地表的压力差只有1个大气压。
虽然进入太空本身比深入海洋要困难得多，但一旦到达太空，压力不再是一个严重的问题（当然，在失重环境中生活需要克服其他生理学挑战……）。
从压力的角度来看，深海比宇宙更加严酷。正如之前提到的，潜入几百米后，水压就达到数十个大气压。地面的几十倍压力作用在身体上，身体自然会发出悲鸣。
为了克服这一难题，人类发明了潜水服。
潜水服结构类似于将头盔与防水服结合，通过泵从地面输送空气。然而，由于水压直接作用在身体上，因此潜水深度有限。
潜水球的发明极大地改变了这一情况。潜水球是扩大了潜水头盔部分的球状装置，与柔软的潜水服不同，其钢铁外壳可以抵御水压，因此内部人员可以在不受高压影响的情况下潜入海中。
水压沿着球体的外壳被抵消，内部压力永远不会等同于水压，因此内部人员可以安全地潜入深海。1930年，这种潜水球使人类能够潜至245米的惊人深度，四年后更是达到923米。该潜水球由2.54厘米厚的钢铁制成。
30年后，潜航艇（类似潜水球但不需要电缆悬挂，可自由移动）将这一记录刷新至10916米。目前已知的最深海域也不过如此，因此人类已经到达了最深的海洋。
深海探索的显著成果之一是发现了许多生物在没有阳光照射的深海中生存。你可能会好奇这些深海生物如何在高压下生存而不被压扁。深海生物的组织中充满了油分和水分，几乎不含气体。其体液与周围的水压相同，因此内部和外部的压力平衡，使它们在高压环境下不被压碎。与潜水球或潜航艇不同，它们无需抵抗外压，因此能够轻松应对。

值得一提的是，普通水族馆的水槽也能养殖深海鱼，原因相同。如果直接将深海鱼钓上来，它们会死去，因为体内的高压水与大气压不平衡，导致身体破裂。然而，如果逐渐降低压力，并用低压液体替换体内的高压液体，这种情况就不会发生。
无论是人类还是深海鱼，都生活在有限的生存范围内，因此我们平时很少会意识到体内外的压力平衡。然而，热力学上的“压力”急剧变化确实会直接影响生物的生死。深海可能是一个能让我们意识到平时容易忽视的重要事实的宝贵场所。
最近（2023年6月），一艘参观泰坦尼克号残骸的观光潜水艇在深海中被压毁，所有乘员遇难。这一悲剧事件再次表明，前往深海仍然是艰难的挑战。深海，这个对人类来说既近又远的地方，短时间内其位置和挑战性都不会改变。