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**個真空實驗——十七世紀

日期:2021-01-13 21:56
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摘要:

一般人都認為托裏切利(Torricelli)首先發明氣壓計(barometer),然而經過密得頓(Middleton)審慎地考察發現產生真空的**個實驗應是在1640年由一位名叫伯提(Gasparo Berti)的年輕意大利人所做的。(1)當時他基於虹吸管問題的動機而設計一個產生真空的實驗,實驗係統基本上是一個"水壓力計(Water barometer)”,如圖一所示,將一支長鉛管(AB)插人水中,並將下端浸在水中之活栓(R)關緊,然後經由鉛管上端之活栓(G)把水注滿整個鉛管係統內部,再關緊上方G處與D處之活栓。此時,將活栓R打開,係統內部的水位再降低至L處,則在水麵上方的空間即為真空狀態。很不幸!在上端球形容器中M處掛著一隻小鈴當的聲音卻仍讓四周半信半疑的人們清楚地聽見(基本上,假設聲音是要靠介質傳遞的。),以致舉世首削的這個真空實驗未被采信。

托裏切利由於伯提實驗的影響,使他對空氣壓力的觀念更明朗,因而在1644年設計了另一個實驗不但能產生真空,並且研製了一套可以顯示氣壓變化的儀器(實際的實驗可能由托裏切利描述其構想,而由另一位維偉安尼(Vivian)來進行)。托裏切利使用充滿汞的玻璃管即**個汞壓力計,如圖二所示,此實驗提出頗令人信服的論證,即將裝滿汞的玻璃管倒插入充滿汞的容器中,此時管內汞上方所留下的空間使為〝真空〞;同時,汞的高度與容器的體積大小無關,若以水由下方灌入,便會充滿整個管子。這便是你我都熟知的托裏切利實驗。盡管如此,當時亞裏斯多德仍不認為所產生的是"真空",而以為管上方的空間中充滿著一種稀薄物質,或可說是由汞所釋出(breathed out)的靈氣(spirit),並藉著這種物質與汞之間的吸引力來支持管中汞液維持一定的高度。

1648年的另一個實驗由帕斯卡(Pascal)的堂兄弟斐瑞爾(Perier)所做的,後來密得頓稱當時是理念史上偉大的一刻。斐瑞爾帶著一個前述之壓力計及約四公斤重的汞登上一座高約l000米的高山(稱作Puy de Dome),並僱了一位僧侶在登山的途中一路上盯著汞壓力計的變化,結果發現在山頂上所量得汞柱的高度比在山腳下低了7.5公分。這個實驗與一連串〝真空中的真空〞實驗(即在一個真空係統中裝一個壓力計)已改變了以往的舊觀念,也就是"真空可以被產生""空氣壓力是實在的"

到了十七世紀的中葉,已有許多關於真空性質的論述,如充了氣的氣囊在真空中會膨脹、在真空中不能助燃與生存以及聲音不能在真空中傳遞等。然而對於光何以能在真空中行進的疑惑,直到十九世紀時由馬克斯威爾(Maxwell)解釋才得以澄清。