姗姗来迟的更新。因为我感恩节这一整个星期都在迈阿密度假学潜水，而在去之前的好几天一直忙着学理论课。
为了坚持做一个周更的博主，我在上完第一天的训练的晚上，瘫在沙发上写了这篇文章。在经过三天训练拿到初级潜水证后，终于在往返西礁岛（Key West）看日落的路上在手机上修改完了。
这周给大家出了一道“设计题”：
根据高中物理知识，设计一套能供人类潜水的方案。
在这里可以暂停一下，想一想，越细节越好，再往下看。也可以边看边停下来想。
最先是呼吸，假设我们已经有了充满压缩空气的钢瓶。
第一个遇到的问题就是，我们在水下应该呼吸多少气压的空气？
直接把压缩空气的阀门打开往嘴里怼可不行，肺承受不了这么高的气压，而且这样气也消耗得太快了。
那正常大气的气压呢？
我不知道这个装置要怎么设计会比较优雅，但把容器中的高压气体以某个更低的气压释放出来，应该是可以做到的（比如高压锅？）。
虽然能做得到，但我们在水下真的能呼吸正常大气压的空气吗？
主要顾虑是水压。
流体压强公式告诉我们，水越深的地方，压强就越大。每十米的水深大概就有一个大气压。也就是当你在水下十米的时候，你的外界有两倍的大气压（一份来自于水，一份来自于水上的空气）。
要是我们呼吸常压的空气，体内的气压是一个大气压，远小于水里的压强，水会因而从鼻子、嘴巴等通气的地方涌入体内。画面太美不敢看。
所以最好要让我们呼吸的空气的气压等于水中的压强。
这也就意味着，我们在上浮下潜的过程中，钢瓶供给的气压得跟着水压变化。
其实，这里并不需要太复杂的装置去探测深度、计算压强，机智的工程师设计了一个很简单的机械结构，就能让呼吸器释放空气的压强一直等于周围水的压强。
但能呼吸到与周围等压的空气，并不意味着我们体内的气压也能马上一样。
比如，要是你屏住了呼吸猛地向上浮了一大段距离，肺里空气的气压依旧是深水的气压，比现在周围的浅水的气压高，肺岂不是要炸？因此，应该缓慢地上浮下潜，并且（也是潜水中最重要的）一直保持呼吸。
再比如，人的耳朵里有一小段空气，并不那么容易与体内外的气体联通。我们在乘很高很快的电梯，过海拔变化大的公路，或者飞机起飞降落的时候都能感觉到。在水里压强的变化比空气大得多，影响当然更大。解决办法一来还是慢慢地上浮下潜，二来就是用飞机起降时乘客常做的动作（什么？你说你要嚼口香糖？）。
解决了呼吸问题，再来考虑一下沉浮。
物体在水里的沉浮取决它的密度与水的密度的关系。如果人加上装备在水里是浮起来的，可以加些铁块之类的配重。如果是沉下去的，加一个“救生衣”就好。
考虑到我们要在水里自由地游动，而不是趴在水面或在水底爬，不妨在加铁块的同时用一个可以充气改变大小的“救生衣”。这样就能自由地把我们调整到水的密度，从而在其中悬浮了。
但这样的调节是一劳永逸的吗吗？
在高中我们学过理想气体状态方程，这里只关心它的简化版（波意耳-马略特定律）：在等温过程中，一定质量的气体的压强跟其体积成反比。
也就是说，这个充气“救生衣”在浅的地方因为压力小，体积会大一些；而在深的地方，体积会小一些。
这样，上升到浅的地方时，它提供的浮力会变大，从而让你更快地上升。而在下沉时反之，会让你更快地下沉。
但正如前面所说，潜水时深度变化太快有危险，所以我们应该在上升的时候给“救生衣”放掉一些气，而在下沉的时候给它加一些气。
是不是有点反直觉？但确实是这样。
现在，我们就大致实现了一个让人类能够潜水的设计。你会发现，几乎所有的讨论都是围绕着气压和水压来展开的。
事实上，这个设计思路确实就是休闲潜水（40米以内）普遍采用的方法。
当然，在现实中，为了保证潜水活动的安全和健康，人们还设计了很多重的保险机制，提出了各种限制条件。有兴趣的读者可以自行了解相关内容，我就不详细介绍了。
至于在迈阿密潜水尤其是学习潜水的体验，我会等大功告成后，用下一篇文章来介绍。