個(gè)真空實(shí)驗——十七世紀

一般人都認為托里切利(Torricelli)首先氣壓計(barometer)，然而經(jīng)過(guò)密得頓(Middleton)審慎地考察發(fā)現產(chǎn)生真空的個(gè)實(shí)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(shí)他基于虹吸管問(wèn)題的動(dòng)機而設計一個(gè)產(chǎn)生真空的實(shí)驗，實(shí)驗系統基本上是一個(gè)"水壓力計(Water barometer)”，如圖一所示，將一支長(cháng)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(mǎn)整個(gè)鉛管系統內部，再關(guān)緊上方G處與D處之活栓。此時(shí)，將活栓R打開(kāi)，系統內部的水位再降低至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(zhù)一只小鈴當的聲音卻仍讓四周半信半疑的人們清楚地聽(tīng)見(jiàn)(基本上，假設聲音是要靠介質(zhì)傳遞的。），以致舉世首削的這個(gè)真空實(shí)驗未被采信。

托里切利由于伯提實(shí)驗的影響，使他對空氣壓力的觀(guān)念更明朗，因而在1644年設計了另一個(gè)實(shí)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(shí)際的實(shí)驗可能由托里切利描述其構想，而由另一位維偉安尼(Vivian)來(lái)進(jìn)行)。托里切利使用充滿(mǎn)汞的玻璃管即個(gè)汞壓力計，如圖二所示，此實(shí)驗提出頗令人信服的論證，即將裝滿(mǎn)汞的玻璃管倒插入充滿(mǎn)汞的容器中，此時(shí)管內汞上方所留下的空間使為〝真空〞；同時(shí)，汞的高度與容器的體積大小無(wú)關(guān)，若以水由下方灌入，便會(huì )充滿(mǎn)整個(gè)管子。這便是你我都熟知的托里切利實(shí)驗。盡管如此，當時(shí)亞里斯多德仍不認為所產(chǎn)生的是"真空"，而以為管上方的空間中充滿(mǎn)著(zhù)一種稀薄物質(zhì)，或可說(shuō)是由汞所釋出(breathed out)的靈氣(spirit)，并藉著(zhù)這種物質(zhì)與汞之間的吸引力來(lái)支持管中汞液維持一定的高度。

在1648年的另一個(gè)實(shí)驗由帕斯卡(Pascal)的堂兄弟斐瑞爾(Perier）所做的，后來(lái)密得頓稱(chēng)當時(shí)是理念史上偉大的一刻。斐瑞爾帶著(zhù)一個(gè)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(chēng)作Puy de Dome)，并僱了一位僧侶在登山的途中一路上盯著(zhù)汞壓力計的變化，結果發(fā)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(gè)實(shí)驗與一連串〝真空中的真空〞實(shí)驗(即在一個(gè)真空系統中裝一個(gè)壓力計)已改變了以往的舊觀(guān)念，也就是"真空可以被產(chǎn)生"與"空氣壓力是實(shí)在的"。

到了十七世紀的中葉，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(huì )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，直到十九世紀時(shí)由馬克斯威爾(Maxwell)解釋才得以澄清。