個真空實驗——十七世紀(jì)

一般人都認(rèn)為托里切利(Torricelli)首先氣壓計(barometer)，然而經(jīng)過密得頓(Middleton)審慎地考察發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生真空的個實驗應(yīng)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(dāng)時他基于虹吸管問題的動機(jī)而設(shè)計一個產(chǎn)生真空的實驗，實驗系統(tǒng)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，并將下端浸在水中之活栓(R)關(guān)緊，然后經(jīng)由鉛管上端之活栓(G)把水注滿整個鉛管系統(tǒng)內(nèi)部，再關(guān)緊上方G處與D處之活栓。此時，將活栓R打開，系統(tǒng)內(nèi)部的水位再降低至L處，則在水面上方的空間即為真空狀態(tài)。很不幸!在上端球形容器中M處掛著一只小鈴當(dāng)?shù)穆曇魠s仍讓四周半信半疑的人們清楚地聽見(基本上，假設(shè)聲音是要靠介質(zhì)傳遞的。），以致舉世首削的這個真空實驗未被采信。

托里切利由于伯提實驗的影響，使他對空氣壓力的觀念更明朗，因而在1644年設(shè)計了另一個實驗不但能產(chǎn)生真空，并且了一套可以顯示氣壓變化的儀器(實際的實驗可能由托里切利描述其構(gòu)想，而由另一位維偉安尼(Vivian)來進(jìn)行)。托里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(nèi)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(guān)，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里切利實驗。盡管如此，當(dāng)時亞里斯多德仍不認(rèn)為所產(chǎn)生的是"真空"，而以為管上方的空間中充滿著一種稀薄物質(zhì)，或可說是由汞所釋出(breathed out)的靈氣(spirit)，并藉著這種物質(zhì)與汞之間的吸引力來支持管中汞液維持一定的高度。

在1648年的另一個實驗由帕斯卡(Pascal)的堂兄弟斐瑞爾(Perier）所做的，后來密得頓稱當(dāng)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)，并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(jié)果發(fā)現(xiàn)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(即在一個真空系統(tǒng)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(chǎn)生"與"空氣壓力是實在的"。

到了十七世紀(jì)的中葉，已有許多關(guān)于真空性質(zhì)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。然而對于光何以能在真空中行進(jìn)的疑惑，直到十九世紀(jì)時由馬克斯威爾(Maxwell)解釋才得以澄清。