如果自然界有哪些神奇之处，我们就少不了来说一说气体定律，但是气体世界的混乱与复杂却超乎想象。每立方厘米空气中大约有30000000000000000000（3X10的19次方）个分子，每个分子每秒大约会发生10亿次碰撞。面对这么复杂的问题，可能谁都有放弃的打算。

那些研究气体运动的先驱根本不知道自己面对的是什么，当然不知道也有它的的好处，不然他们可能根本没有勇气探索下去。19世纪初，人们还认为原子的概念不科学;直到1905年，克鲁克斯在在真空玻璃管的通电实验中，才找到了原子存在的确切证据。

威廉·克鲁克斯

而在1662年，罗伯特·波义耳和他的助手罗伯特·胡克在玻璃器皿，水银和密闭容器以及恰到好处的无知下，使他们在实验中发现，如果增大压强，容器内的空气体积会随之缩小。这就是波义尔定律：气体的压强与体积成反比。

罗伯特·波义耳

一个世纪以后，雅克·查理发现，气体的体积与温度成正比。温度升高至原来的2倍，气体体积也会膨胀至原来的两倍。复杂的原子运动竟然会遵循这么简洁明了的规律。

对于如此混乱的气体世界，这个规律是多么的神奇啊。就在我们写下这些字的时候，此时在我们周围的空气中，成对的氧原子正在以1500千米/小时的速度不断撞击以320千米每小时的速度运动的氮原子，也许还会撞上速度为1600千米/小时的水分子。不同的气体分子在以不同的速度运动，这里的混乱与复杂超乎想象。

然而就是这个简单定律的发现，却带给了人们足以推动人类 明的力量。

爆米花的形成和气压的日常现象

我们多数人都喜欢的香脆可口的爆米花，玉米粒为什么会变成蓬松的爆米花呢。当然它是与气体定律有关的，因为玉米粒的特性决定了它很容易爆炸，因为它被坚韧的外壳包裹在致密的种子里。而这层坚韧的外壳就好像是一口迷你的压力锅。每一粒玉米的内部都有一个胚芽，它可以长成一个新的植物，胚乳为新植物的生长提供生长所需的养分。胚乳主要由淀粉颗粒组成，它的含水量大约是14%。把玉米粒放到热油中开始加热时，胚乳内部的水分开始蒸发变成气体。温度高的分子运动速度更快，随着越来越多的水分子以蒸汽的形式在他内部左冲右突，这时种皮内部的气压越来越大。气体分子不断撞击彼此和种皮，随着分子的数量和运动速度的不断攀升，种皮在内部承受气体分子的撞击力也越来越大。

而困在种皮内部的水蒸气是出不来的，这就限制了它的体积。随着温度的升高，内部的淀粉颗粒也变为凝胶。内部分子对种皮的碰撞越来越剧烈，这个局面继续发展下去，就会变成我们所熟悉的现象——爆炸。就在坚韧的种皮破裂的瞬间，游戏规则变了，爆炸发生，种皮内部的物质立刻暴露在外部压强（标准大气压）下，这些物质的体积不再受到限制。于是凝胶开始爆炸性膨胀，直至其内部和外部的气压相等。致密的白色凝胶变成了蓬松的白色泡沫，整个玉米粒向外翻了过来。转化过程就此结束。我们得到的爆米花就是来自于这神奇的气体定律。

就连我们日常的呼吸，也是来自于这神奇的气体定律。实际上我们呼吸的空气不是被我们的吸进去的，而是被气压压进去的。原因就在于气体的压强与体积成反比这条定律。我们在扩张肺部时，肺内的气压就变得比外部要小，这时外部的气压就会把空气送进来以达到平衡。所以我们呼吸的空气是气压送进来的，而不是我们吸进来的。

当我们用吸管喝饮料时也是同样的道理，就在我们含着饮料杯上的吸管的时候，肺部空间里的气体分子和外部大气的气体分子，在吸管内部和外部的水面上的碰撞角力就已经在进行了。当我们扩张肺部，肺内的气体压强就开始相应的变小，肺内气体分子对吸管内部水面的碰撞压力也随之变小，外部的气压就会把吸管内的水面压上来，直到上升水面的体积让两边气压达到平衡才不再上升。所以当我们收缩肺部，或者离开吸管的时候，吸上去的饮料就会自然的落下。因为内外部的气体压强又回到了平衡。

大气压的力量究竟有多大——马德堡半球实验

想知道作用于某件物体的气体压强到底有多大，你必须抽掉物体另一面的空气，形成真空。公元前4世纪，亚里士多德曾宣称：“自然界厌恶真空。”这似乎是件困难的事。但在1650年前后，奥托·冯·格里克发明了第一台真空泵，并在斐迪南三世（神圣罗马帝国皇帝）期间进行了著名的马德堡半球实验。

1964年5月8日，在巴伐利亚的国会大厦外。奥托取出了一个直径50厘米的空心铜球，铜球被切成了两半，接缝处光滑平整，每个半球外侧都有一个环，环上系着一根绳子，方便人们把两个半球拉住。他在铜球的接缝处涂上润滑油，将两个半球拼到一起，然后用自己发明的真空泵抽出球内的空气。铜球外面没有任何固定装置，可是空气被抽出去以后，两个半球被牢牢的结合在了一起，就像被胶水粘起来了一样。奥托早就发现，真空泵可以帮助人们直观的看到空气的力量有多强大。数十亿微小的气体分子一刻不停的撞击铜球外表面，将两个球推到一起，但球内却没有与之抗衡的推力。那么要把两个半球拉开，从外部施加的拉力必须大于空气的推力。

马德堡半球实验

接下来马儿出场了。两个半球各套一组马，分别向两边用力拉。两个半球合起来看上去比篮球稍大的球体，使它连接的压力全部来自于空气分子的撞击，在众目睽睽之下，30匹马竟然都无法将它们拉开。艰苦的拔河结束后，奥托打开阀门让空气进入球内，两个半球自己分开了。毋庸置疑，气压是这场比赛的胜利者，它的强大超乎所有人的想象。如果把同样的这个球垂直悬挂起来，理论上说，它可以承受2000千克的重物。

从古老的蒸汽机到现代的火箭利用的都是气体分子的撞击力

蒸汽机的发明，使人类以飞快的速度进入了现代 明。而它的秘密就在于气体，利用气体分子的的推力是19世纪早期蒸汽机革命的核心。你只需要让某个表面两侧的气体产生压力差，这样的推力能顶起厨房里的锅盖，也能用在早期的蒸汽发动机的火车上运送货物和旅客。两种现象的基本原理完全相同。现在，蒸汽发动机过时了，但我们仍在利用气压差带来的推力。从技术角度来说，蒸汽发动机属于“外燃机”，因为炉子和水壶彼此独立，互不相干。而汽车发动机里，燃烧发生在圆筒内部，汽油就在活塞旁边燃烧，产生的高温气体直接推动活塞。这类发动机被称为“内燃机”。开车或者做公交的时候，你要记得，推动你的是气体分子。

火箭的升空也是来自于气体分子的推动，现代的火箭燃料多是由高能的液体燃料和助燃剂构成，目的就是产生大量高压热气。当火箭的高能燃料被点燃，高速运动的气体分子猛烈的撞击火箭顶端，推动它向前飞行，但火箭的尾端不存在等量的推力，废气只是通过喷嘴直接排放的大气中，推力的失衡使火箭急速的向前飞行。这就好比是把气体剧烈爆炸的力量可控的向一个方向上集中，在有留有一个出口的条件下又不会把自己炸碎。只要能在足够短的时间内制造出足够的高压热气，你就可以利用数以亿计的分子积累起来的强大撞击力。“联盟号”火箭第一级的飞行气压大约是标准大气压的60倍。所以他产生的推力也是普通空气推力的60倍。不过这两种推力本质上完全相同，都是由分子撞击物体而产生的。只要分子够多，速度够快，撞击频率够高，这样的推力就能把人类送上月球。所以永远都不要低估那些小的看不见的东西！