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大氣壓力有多大?馬德堡半球實驗│科學史上的今天:5/8

1654 年的今天,神聖羅馬帝國的雷根斯堡(Regensburg)廣場萬頭鑽動,廣場左右兩邊各有十五匹馬分列而立,好奇的群眾等著看來自易北河畔的馬德堡(Magdeburg)市長要變什麼把戲。

馬德堡市長格里克(Otto von Guericke, 1602-1686)原本醉心於科學研究,但二十三年前馬德堡因戰火而幾成廢墟,三萬居民僅剩五千人倖存。他當年就是淪為戰俘,歷劫歸來後積極投入故鄉的重建工作,竟因此走上公職之路,而於八年前擔任市長至今。不過這期間他始終未荒廢原本的最愛,閒暇時仍從事科學研究。

1643年,義大利物理學家托里切利(Evangelista Torricelli)用水銀氣壓計證明大氣壓力的存在,並在水銀計上方製造出真空狀態。格里克得知此實驗後大受震撼,隨即也投入研究,而於 1650 年發明了世界上第一個真空幫浦。皇帝斐迪南三世對於他的研究深感興趣,於是邀請他來雷根斯堡在皇室與議會成員面前演示,畢竟當時一般人根本難以想像何謂真空,對於大氣壓力也仍半信半疑。

格里克深知單單複製托里切利這種桌上型的實驗不足以撼動人心、起懾服之效,因此他精心設計了這場大型實驗。他走到廣場中央,拿出兩個銅做的空心半球,球殼直徑約 50 公分。他將兩個半球合在一起,中間接合處放置一張浸了油的環形皮革以確保密合。接著用真空幫浦抽光銅球內的空氣,然後讓兩隊馬匹以相反方向拉這兩個合在一起的半球。出乎所有人意料之外,銅球竟文風不動!就在群眾目瞪口呆,夾雜著竊竊私語之際,格里克上前打開銅球上的閥門,讓空氣跑進去後,用雙手輕輕將銅球分成兩半。

就這樣,格里克不但展示了大氣壓力的存在,並且讓群眾見識其威力。這個「馬德堡半球實驗」與格里克本人因而聲名大噪,各地紛紛仿效其實驗;三年後波以耳即因為受此實驗啟發,而找來虎克打造抽真空的裝置以研究空氣,才發現著名的「波以耳定律」。

就科學普及教育的角度而言,馬德堡半球實驗可說是史上第一個以直觀的形式,向一般大眾呈現科學真理的實驗(伽利略的比薩斜塔自由落體實驗應該只是傳聞)。尤其它如此簡潔有力地展示了感官經驗之外的自然現象,更是難能可貴。下一個能做到這點並展現科學之美的要等到兩百年後的傅科擺了。

 

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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關於作者

張瑞棋

1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。自小喜愛科學新知,浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,更成為重度閱讀者。當了中年大叔才成為泛科學專欄作者,著有《科學史上的今天》一書,如今又因翻譯《解事者》,而多了個譯者的身分。