原创 鲸鱼潜入深海几千米都没事,但为何钢铁打造的潜艇却不行?
创始人
2026-02-08 16:20:29

首先,鲸鱼是无法潜到那么深的,这是常识。如果你不相信,可以去百度一下,自己了解一下这个常识。潜艇的外壳虽然是钢铁做的,但随着水深的增加,潜艇外壳会因为所承受的压强而被压扁。原因在于潜艇的内部是空的,内外的压力不同,使得潜艇的钢铁外壳在两股强大力量的作用下发生形变。如果把潜艇拆开,把外壳单独扔进水里,那它不会发生任何形变,因为钢铁的密度比水大,水压均匀分布在外壳上,不会有压强差异的情况。而如果你把一块实心的石头扔下去,它也会毫发无损。

这其中的道理其实很简单:人类常常从动物身上汲取灵感,模仿它们的特征来制造出符合需求的产品。例如,模仿鸟类翅膀来设计飞行器,借鉴鲨鱼皮来制造泳衣,或是根据海豚的身体构造设计潜艇,这些都属于仿生学。然而,不管人类如何模仿,最终也无法完全达到自然界的完美。鲸鱼作为大自然的杰作,经过了几万年的进化,它的结构几乎已经是无可挑剔的。相对于大自然的奇迹,人类的力量显得微不足道。

鲸鱼的体内并不是封闭的,它的身体里充满了液体,内外压力保持平衡。潜艇的内部则是空心的,里面充满了人和各种设备,只受外界的压强影响。所以,鲸鱼能潜得更深,是因为它体内外的压强是平衡的,而潜艇由于内部空间空旷,受到的外界水压则很容易让它受损。

另一个重要的差异在于,鲸鱼是活的,可以调节自身的生理状态,而潜艇则是死的、无生命的。如果你试图将鲸鱼从深海迅速拉到水面,它的身体会因为压强变化而立即爆裂;同样,如果你把它从水面快速拉到深海,它也会像潜艇一样被压扁。鲸鱼的身体可以随着水深的变化,自动调节体内外的压力,从而保证内外压力平衡。鲸鱼就像是大自然赋予的海洋精灵,随着海洋的深浅自由变幻,不需要额外的设备来帮助调节压力。

在更深层的水域,鲸鱼通过自动缩小肺部来维持体内外的压力平衡。进入深海时,鲸鱼的大脑皮层感知到外部压力增大,肺部肌肉会自动收缩,减少体内空腔体积,从而增加体内的压力,使得体内外压力达成平衡。鲸鱼作为一种海洋生物,经历了漫长的演化,其身体结构与海洋环境几乎融为一体。生物的生存与出生环境密不可分,这是大自然赋予生物的天生本能,而潜艇则是高科技产物,背离了这种自然规律。

当潜艇下潜到500米时,它所承受的压强已经达到50个大气压,换句话说,潜艇每平方米需要承受50吨的压力。而在300米深处,压强已达到30个大气压,相当于每平方米承受300吨的压力。鲸鱼的细胞和器官组织内具有高效的选择性通透膜,这些膜能有效保持体内外的压力平衡,从而避免了因内外压强差异过大而导致的致命风险。与此相比,人造潜艇则需要通过密封措施来与外界环境的压强差进行斗争,内部的工作人员和设备也需要承受巨大的压力差。

从人类的思维出发,这个问题似乎永远都解不开。鲸鱼在海洋中是霸主,但在陆地上却毫无优势。也许有一天,地球的陆地环境变得不适宜居住,人类为了生存不得不适应海洋环境,基因发生改变,能够适应海洋的压力。这种改变或许就是大自然的规则,谁也无法改变它。深海的奥秘依然困扰着人类科学,很多生物和生物群体,包括在深海数千米处生存的鱼类、在海底火山口生存的虾蟹贝类等,至今科学无法解释。即使像抹香鲸和大乌贼这样的生物,它们的骨骼和组织也不足以承受几百个大气压的压力。换句话说,大自然中的这些生物,有着人类目前无法理解的生物学规律。

潜艇可以采用多层外壳设计,并通过逐级减压的方式应对外界压力。例如,潜艇的第一层外壳和第二层外壳之间可以施加9000大气压,第二层和第三层之间施加8000大气压,通过这种逐级递减的方式,每层外壳的承受压力就不需要那么大了。理论上,如果采用这种设计,潜艇可以下潜到10000米的深度,而不会受到破坏。

根据鱼皮能够保持鱼体内外压力平衡的理论,潜艇的外壳也可以设计成双层结构,内部充满水,两层外壳之间的水压可根据深度自动调节,保持内外压力的平衡。这样,潜艇的钢材外壳就能承受较低的水压,从而提高潜艇的下潜深度。多层设计的潜艇甚至可以突破当前的深度限制。

鱼类的体内外压力差是它们能够下潜如此深的关键因素。对于潜艇来说,内外压力差随着下潜的深度逐渐增大,而潜艇的结构需要应对这些压力差。现在有些双壳体潜艇,内外压力差较小,从而能承受更深的水域压力。与此同时,海洋生物的呼吸方式与人类不同,它们的体内有水,水压与外界相通,保持压力平衡。而潜艇则需要保持内部空气和外界水的压差平衡,以确保生存环境。

未来是否会出现无人核动力潜艇呢?这种潜艇无需补给,节省空间,只需要解决无线控制的问题。想象一下,几十艘这样的核动力潜艇,潜伏在太平洋的深海,能够长时间在水下活动,而无需浮出水面。

然而,即便如此,最能潜水的鲸鱼也无法下潜到1万米。鲸鱼的肺和骨骼必须承受水压,但它们的生理结构使得它们能适应深海环境。潜艇在高压下不能像鲸鱼那样自由调整形态,而只能依赖坚固的外壳来抵抗水的压力。 深海中的海洋生物通常没有空气在体内,而潜艇的钢铁结构必定是中空的,才能确保浮力和平衡。潜艇需要依赖外壳来抗衡外界的巨大压力,而鲸鱼的柔软身体能够根据外界压力的变化而变化形态,因此不会被压碎。 最终,鲸鱼之所以能在深海自由潜水,正是因为它们能不断调整体内外的压力,避免了由于压力差异过大导致的生理损伤。而潜艇则面临着严峻的压力挑战,钢铁的刚性让它们无法像鲸鱼那样自由变形,因此必须依赖更加复杂的设计来解决压力问题。

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