他靠数学潜入千尺深渊,却没算中这结局 | 目的地Destination

他靠数学潜入千尺深渊,却没算中这结局

本文来自果壳网,地址在这里,未经书面许可不得转载

为叙述方便起见,本文中的深度均以英尺为单位。1英尺相当于0.3048米。

1961年4月,全世界的专业潜水界被一个消息震惊了:一个不知从哪儿冒出来的毛头小伙子,用一些鬼才知道是什么成分的气体,在实验室里模拟下潜到了水下1000英尺!

那个年代已经有封闭的深潜器可以把人带到上万英尺深的水底,但是把肉身投入湖泊海洋就是另一回事了。几十甚至上百英尺倒不难实现,再往深水里潜,这件事就变得凶险万分。困难主要来自呼吸的气体。

在水下,深度每增加10米,压力就会增加约1个大气压。潜入水下的人需要呼入和周围压力一致的气体,以保证肺、中耳之类的结构不被压垮。我们呼吸的空气中占78%的氮气,在正常大气压下不会被察觉,但在高压下,氮气就会渐渐露出狰狞的面目。

氮气的一个问题是可能让人产生类似喝醉的感觉,俗称“醉氮”,这时人会头晕无力,反应变慢。另一个更大的问题在于,人可以适应快速下潜,但如果之后快速上浮,压力减小得太快,融入血液的大量氮气来不及排出,气泡就会聚集在血管、关节、脊髓、脑等处,造成减压病,严重时会让人瘫痪甚至死亡。要避免减压病,深潜之后就得花漫长的时间分阶段减压。

把普通空气中的氮气全部或者部分替换成别的气体,可以解决一定问题。不过,即便是使用了完美而昂贵的氦气,减压所需的时间依然很长。那时的开放水域潜水世界纪录是600英尺,光是减压就花了整整12小时。尽管好几个国家的海军都在不断换用不同的气体组合做试验,但这个深度似乎已经是极限,纪录已有5年未被撼动。

再往下潜,呼吸什么气体?减压要花多久?怎么可能做到?

等大家知道了这个小伙子的身份,就更加疑惑重重了:一个瑞士数学家!——来自一个连海都没有的国家!搞数学的!怎么看都不像是潜水高手。很多人一口咬定,这人肯定是天赋异禀,有什么特殊的生理结构。

对此,汉尼斯•凯勒(Hannes Keller)绝对不同意。

他靠数学潜入千尺深渊,却没算中这结局

汉尼斯·凯勒。图片来源:US Navy

凯勒这年27岁,一心想要找点儿事折腾个名堂出来。他发现,潜水领域的科学几乎是一片空白,大家都在盲目摸索,只要下潜到别人没有到过的深度,就能轻易扬名。

他很早就把自己的目标定在了一个看似不可能的深度——1000英尺,并且找到了研究循环系统的专家阿尔伯特•布尔曼(Albert Bühlmann)医生来帮忙。

凯勒知道,需要在不同的深度使用一系列不同组合的混合气体才有可能成功,而作为数学家,他深信,要解决减压时间的难题,得依靠精密的计算。

他去IBM借到了当时的新玩意——计算机用了4个小时,充分利用这些时间计算得到了400张表格。理论上,在什么深度气体要怎么混、上浮要多少时间都计算出来了,一直算到1312英尺深。随后,他就一次次在实验室里潜到更深,直到模拟下潜1000英尺的消息震惊世界。

面对潜水界的质疑,凯勒很快就证明这套方案对任何人都可行:2个月后,他拉上一名美国记者,在瑞士和意大利交界的马焦雷湖,成功挑战728英尺的深度。整个过程只用了1个小时,两人都安然无恙。

他靠数学潜入千尺深渊,却没算中这结局

和凯勒一起下潜的是美国记者麦克利什(Kenneth MacLeish,画面中间)。成功返回水面后,众人激动不已。图片来源:Life

潜在投资人的疑虑打消了,凯勒得到了梦寐以求的合同——美国海军答应给他22000美元支持后续的试验。他终于可以正式开始准备开放水域的1000英尺挑战。

一路向下,直到1000英尺

这一次,凯勒的搭档换成了英国人彼得•斯莫尔(Peter Small)。

这位35岁的全英知名科学记者显然是更合适的潜伴。他是世界最早的休闲潜水员之一,经验丰富,把开拓更多海洋空间当做毕生志愿。为了推广水下探索活动,他和朋友联合创立了英国潜水协会(BSAC)。

斯莫尔的媒体人身份同样突出,他是著名杂志《新科学家》的创刊成员,才华过人,热情勤奋。那时,他刚刚接手潜水协会的杂志《特里同》(Triton),正雄心勃勃,准备在纯自费经营下把这份杂志做成世界闻名的潜水媒体,推动大众拥抱水下世界的一切。

斯莫尔对于能有机会参与这个重磅挑战兴奋异常,练习很刻苦。他1962年9月刚刚和航空大亨的女儿玛丽•迈尔斯(Mary Miles)在伦敦成婚,朋友们对于他随后就要去和瑞士人冒此大险颇有异议,何况凯勒坚持气体方案保密。新娘玛丽对此倒跃跃欲试,给了他最大的支持,帮忙做了不少准备工作。

凯勒那边已经做好了充足的准备,为装备全面升级。之前在马焦雷湖,他只是靠一副简陋支架下降,现在,他们拥有了精致的潜水舱——亚特兰蒂斯号。这是一个高7英尺、直径4.5英尺的圆桶,在底部开门。

他靠数学潜入千尺深渊,却没算中这结局

亚特兰蒂斯号。图片来源:Paul Tzimoulis

1962年10月,凯勒在伦敦详细讲解了自己的计划。他说,这次挑战不是为了打破纪录,而是为了找到极端深度下开展工作的方法,安全是最重要的。“深水潜水员是深度的囚徒,只能依靠装备……如果出错,潜水员没法活着回到水面。”

按照计划,亚特兰蒂斯号将携带若干装有压缩气体的气瓶,由水面工作船上的一根钢缆悬吊下降。一开始,两人呼吸的气体由船上供应,一定深度后,他们就改为呼吸气瓶里的气体。气体需要从气瓶充入这次专门准备的半封闭呼吸器中,两人通过咬嘴呼吸。

亚特兰蒂斯号不是封闭的,刚下水时,会有气瓶给舱内充满普通空气,保证内部压力稍高于外部,防止进水。半程之后,气瓶供气会关掉,舱里将有一半被水没过。到了目标深度,两个人会打开舱门走出去活动5分钟,“那将是人类第一次触摸这个深度的大陆架”。回舱后,他们将再次把水排干,然后立即由船上接应人员拉回水面。两个人会花几个小时留在舱内,逐渐降低压力,给身体留出足够的时间,释放溶入血液的氮气。

必须要让舱里进水,是因为在舱里充满气体的情况下,万一有一个人在外面发生意外,另一个人将没办法把他拉回来,而“一旦我们关上门,一切就安全了”。

亚特兰蒂斯下沉之后,还能再次升起吗?

壮举定在12月3日。凯勒、斯莫尔和顾问布尔曼医生提前在美国加州近海的圣卡塔利娜岛附近选定了一处区域,定为下潜点,那儿的底部深度刚好1000英尺多一点儿。箭已上弦,只待吉日。

岛上不止他们三个,周围的人群成色很复杂,除了海军的人,还有石油公司的人、IBM的人、机构里的潜水员,以及来自世界各地的媒体。平日安静的小岛瞬间熙熙攘攘。

名义上,所有人都奉上资源精诚合作:壳牌石油公司赞助了水面作业船,美国一家老牌潜水杂志出人帮忙协调媒体,安排了两名安全潜水员,还提供了通讯设备。因此,潜水舱里安装了闭路电视摄像头,可以让船上实时看到舱内画面,两方也有电话可以沟通。

暗地里,每一股力量背后有不同的利益诉求,盘根错节的较量压得人有些喘不过气。凯勒和斯莫尔的一举一动都有无数人在关注,每个人都觉得自己有权指手画脚。挑战日期渐近,紧张气氛也随之高涨。

这天上午,作业船载着亚特兰蒂斯号和主要人员驶向预定地点。水面上还有另一艘船,满满当当全是记者和来观看的人。

凯勒和斯莫尔看起来很严肃,他们装配好复杂的水肺装备后进入了潜水舱。舱里管线密布,略显拥挤,凯勒不忘带上了美国和瑞士的国旗。他行前修订计划,把原定的两人在水底出舱活动改成自己带着两面国旗出去,插入海床。有人发现一瓶气体压力不够,不过大家一致认为并不打紧;或者说,反对的声音被迅速淹没了。

他靠数学潜入千尺深渊,却没算中这结局

斯莫尔(左二)和凯勒做下潜准备。图片来源:Diver

正午刚过,船上的绞盘开始转动,钢缆解绕,明黄色的亚特兰蒂斯没入水中,观察人员通过屏幕紧盯着舱内的情况。看起来完全按计划进行,到250英尺深时,两人戴上呼吸器,开始使用气瓶里的气体。一切有条不紊,亚特兰蒂斯平稳地越降越低,在后半程接纳了一部分海水进舱。

12点半,目的地到了,1020英尺!此时,舱门距离海床只有5英尺,打开门走下去,凯勒就能踏出日思夜想的历史性一步。这一步堪比阿姆斯特朗踏上月球,但他当时不知道,这也开启了接下来一连串的悲剧。

船上的人在屏幕上看到,凯勒出去时被手里拿的旗子缠住了,稍微花了点时间来挣脱。等他返回舱内,却不知为什么很快从监视器上消失了。斯莫尔摇晃了一会儿,也倒下了。

大事不妙,大家连忙迅速升起潜水舱。然而,仪表数据显示,舱里的气压在不断下降,有哪里漏气了,需要派人下去检查。潜水指导立即通知两位安全潜水员做好准备,他们的最大工作深度只有200英尺,潜水舱上升到这个位置花了十来分钟,这时绞盘停转,已经就位的迪克•安德森(Dick Anderson)和克里斯•惠特克(Chris Whittaker)跃入水中。

他靠数学潜入千尺深渊,却没算中这结局

惠特克(中)和安德森在甲板上。图片来源:Bob Johnson

他们第一次回来报告说,该关的阀门都是关闭的。但船上人员检查仪表,发现失压仍在继续,屏幕上的两个人也没有醒来的迹象。如果任由压力继续快速下降,他们恐怕会很快死于减压病。

老练的安德森打算再下去看一次,19岁的惠特克也坚持同往。潜水指导认为这样做太危险了,尤其是对于惠特克,他还是个学生,由他担任安全潜水员,本来就有很多人反对。更让人担心的是,惠特克的救生衣不知何故充起了气而且无法放掉,导致他上升速度过快,流了些鼻血,完全不该再次下水。

但两人态度十分坚决。惠特克是斯莫尔的好友,心急如焚的他丝毫没有在意众人的劝阻,决然掏出潜水刀刺破救生衣,再次下潜。

又一次来到潜水舱外查看,安德森终于发现,有一只脚蹼卡在了舱门处。他的潜水刀此前被借走了,于是他拿惠特克的刀割断脚蹼,把舱门关好,随后示意惠特克上去汇报情况,自己则留在下面待命。

安德森以为,如果船上的人接到汇报,确认漏气已经解决,应该会立即升起潜水舱。但等了一会儿,潜水舱纹丝未动,他只好亲自去水面查看。他永远记得自己上船之后说的那句话:“舱门关上了,惠特克呢?”惠特克不在船上,再也没人见过他。可能是体力透支之下无法返回水面,救生衣也已刺破,惠特克随着水流漂走了。如果这个小伙子第二次没有下来,安德森手上将没有刀,舱里的两个人可能会很快丧命。

潜水舱里的压力稳定住了。大约下午1点,潜水舱回到船上,船则火速开往海军基地。

他靠数学潜入千尺深渊,却没算中这结局

亚特兰蒂斯号回到甲板。左侧的小船正准备去寻找惠特克,但最终一无所获。图片来源:Bob Johnson

船刚开动,凯勒就醒了过来。又过了1个半小时,斯莫尔也醒了。在路上以及在码头,他们一直在舱内按程序减压,急救车等在一旁。整个减压过程花了6个多小时,比凯勒原本的计划长了不少,但依然大大短于海军的标准流程。结束之前,斯莫尔再次“睡着了”。

舱门打开,凯勒轻松爬了出来,并无大碍。斯莫尔是被抬出来的,他脸上都是汗,嘴角有星星点点的泡沫。

他死了。

真相在迷雾中

单从凯勒一个人来讲,这次挑战其实完成了,他证明了自己的气体方案完全可行。但等着他的不是无上荣耀,而是法律诉讼。

一个事实调查委员负责调查这起事故,当天的照片、录像、录音都被收集起来,很多目击者回答了同一个问题:当时在潜水舱里,到底发生了什么?

即使那时在同一块屏幕前观察,大家的说法也并不一致,在关键问题上甚至各执一词。最重要的两个证人——水下的凯勒和船上的布尔曼医生,证词则是互相矛盾的。

凯勒说,当时两个人面临的环境是一样的,只有很短几分钟里呼吸的气体不同。他返回时发现,呼吸器里的气体不够,就把两个人的面镜都摘了,改成呼吸舱内的普通空气,之后两人都晕倒了。

布尔曼则相信,很有可能,凯勒一开始没有摘掉斯莫尔的面镜,“这段时间里,斯莫尔使用着气量不足的呼吸系统,供氧越来越少,最后发生了严重的缺氧症”。那么,两个人面临的环境就是完全不同的。

后者的说法和尸检结果更为吻合,因此被委员会最终采信。委员会推断,斯莫尔由于长时间缺氧并昏迷,循环系统功能严重受损,无法在和凯勒一样的时间内排出足够的氮气,最终死于减压病。

委员会也并未认定凯勒在说谎,只说无法确认他是犯了糊涂还是故意回避某些事来保全自己。调查的最终结论是,整个挑战危险重重,各方施压,局面复杂——杂志的稿约、公开的宣传、海军的合同,还有那些借来的船、闭路电视、电话等等——超出了凯勒的掌控。重压之下,他犯了错误,但不存在过失犯罪。悲剧令人遗憾,不过这次挑战依然取得了重大科学进步。

几个星期后,全身而退的凯勒似乎终于想清楚了,他在一次见面会上说,自己回舱时应该并没有取下斯莫尔的面镜,那段记忆太模糊了。他承认自己犯了两个错误,一是在明知气瓶压力不足的情况下还执意下水,二是在水底坚持出去插国旗。

现在,可以大体还原一下当天到底发生了什么。

下水前发现气瓶压力不足时,凯勒迅速做了计算,认为只要把原定的出舱5分钟改为3分钟就可以了。没想到,旗子给他带来了麻烦,光是从中挣脱就用掉了2分钟。

回舱之后,他又累又晕还有些害怕。这时本该先给两人的呼吸器充气,他却选择了去关舱门,结果脚蹼被夹住了。接着,他打开充气阀给舱内充气,以免两人被淹死;再打开自己的面镜,拿走咬嘴,以免缺氧。还没来得及帮斯莫尔摘掉面镜,凯勒就晕倒了。斯莫尔的面镜到底是什么时候摘掉的?恐怕已经无法知晓。

悲剧并未结束。斯莫尔的妻子玛丽也出席了那次会议,谁都没料到,她几周后在伦敦家中开煤气自杀,周围散落着丈夫的照片。

他靠数学潜入千尺深渊,却没算中这结局

正式挑战之前的一次练习后,斯莫尔夫妇热吻。图片来源:Life

多年以后

1000英尺挑战本身以悲剧收场,但这个壮举把水下研究向前推进了一大步。凯勒和布尔曼在第二年公布的气体细节,成为潜水混合气体技术的基石,深水潜水员不再需要被长时间的减压折磨,石油公司和海军都获益良多。

凯勒今年83岁了,已经全身心投入艺术创作多年。亚特兰蒂斯号里到底发生了什么,可能将永远封锁在他心里,或许他自己也不能确定了。

斯莫尔的生命定格在35岁,但他当初对水下探索的期待一一变成现实。英国潜水协会已经发展成世界最大的潜水协会,《特里同》改名后也拥有了巨大的国际影响力。因为这诸多的努力,越来越多人被水下世界吸引,潜入了更深的水底,打开了更新的世界。

尽管如此,潜水依然是世界上最危险的活动之一,顶尖潜水员殒命水下并不鲜见。

为什么要一次次以身犯险呢?很多人可能自己也说不清。他们只知道,每次费力穿上潜水衣,背上气瓶,才找到了生活的意义。

总有一些人,从不甘于现状,不想原地踏步,以挑战极限为己任。是他们不断拓宽着人类能力的边界,不断带领我们去往本来到不了的地方。他们清楚每次下潜都可能是最后一次,但仍随时准备出发。(编辑:moogee)

感谢yuaner对本文的审阅。

参考资料

  1. Kenneth MacLeish. The Deepest Dive Ever Made. Life (1961.8.4), 67-76
  2. Hannes Keller. Towards the L总有一些人,从不甘于现状,不想原地踏步,以挑战极限为己任。是他们不断拓宽着人类能力的边界,不断带领我们去往本来到不了的地方。imits of the Continental Shelf. at the Second World Congress of Underwater Activities (1962)
    Deaths of two divers in a record attempt. New Scientist (1962.12.13) No. 317, 609
  3. Death in the Deeps, the price for new knowledge. Life (1962.12.21), 44-45
  4. Wallace cloud. The race for the bottom of the sea. Popular Science (1963,7) 37
  5. John D. Craig, B.K. Hastings, Morgan C. Degn, et al., U.S. Findings on the Fatal Dive. Triton (March-April 1963), 25-26
  6. Hannes Keller. The Mistakes at Catalina, Triton (March-April 1963), 28
  7. Larry "Harris" Taylor. "Diving With Gas Mixes Other Than Air", from Mixed Gas Diving. Watersport Pub (1993)
  8. Al Tillman. "The Keller Dive", from I Thought I Saw Atlantis: Reminiscences of a Pioneer Skin and Scuba Dive. Whalestooth Publications (1998)
  9. Wendling,J., Nussberger, P., Schenk, B. Milestones of the deep diving research laboratory Zurich, South Pacific Underwater Medicine Society (1999) Volume 29 Number 2
  10. Thomas Tillman. The Keller Dive. www.divinghistory.com (1999)
  11. Zale Parry, Albert Tillman. "Daring Young Men on the Water Trapeze", from Scuba America, Whalestooth Publications (2001)
  12. Dick Anderson. A letter. Historical Diver (2002) Number33:40-41
  13. Bernard Eaton. The Atlantis affair. Diver (December 2002):85-87
  14. Jim Stewart. The Keller 1000 foot die, Historical Diver (2003) Number 35: 18-19
  15. Christopher Swann. "Hannes Keller's 1000' Dive", from The History of Oilfield Diving: An Industrial Adventure. Oceanaut Press (2007)
  16. Bernard Eaton, The diver story, divernet.com
  17. http://hanneskeller.com/index.php?template=2biografie&l=english
  18. http://www.hanneskeller.ch/
分享

他靠数学潜入千尺深渊,却没算中这结局:等您坐沙发呢!

Leave your comment