十六七世紀(jì)歐洲,人們普遍采用抽水機(jī)抽取煤礦井下的積水。那時(shí)的抽水機(jī)很原始,用一根又粗又長(zhǎng)的管子,里面安上一個(gè)和管子內(nèi)壁配合得很緊的活塞,把活塞推到管子的最下端,然后插到積水里。向上提起活塞,水就被抽上來(lái)了。
為什么能把水抽上來(lái)呢?這是大氣壓力的作用??墒窃趲装倌昵埃藗儏s不懂得這個(gè)道理。他們還是沿用古希臘的一位著名學(xué)者亞里士多德的解釋:活塞上升以后,如果水也隨著上升,在水面和活塞之間,就出現(xiàn)了真空。由于自然界是厭惡真空的,水也就隨著活塞上升了。
可是,有一年在意大利的一座很深的礦井里,卻出現(xiàn)了例外。當(dāng)工人使用抽水機(jī)抽水的時(shí)候,那水就像中了魔似的。上升到10米以后,就再也不肯上升了。難道是亞里士多德的那條“真理”失靈了?
技師們絞盡腦汁,對(duì)抽水機(jī)做了各種改進(jìn),仍然沒(méi)有效果,只好去請(qǐng)教著名的科學(xué)家伽利略??墒悄菚r(shí)候伽利略已經(jīng)老了,他請(qǐng)自己的學(xué)生托里拆利幫助解決這個(gè)問(wèn)題。托里拆利仔細(xì)地分析了抽水的情況以后,對(duì)亞里士多德的理論產(chǎn)生了懷疑。如果真是“自然界厭惡真空”,為什么水只能上升到10米范圍內(nèi)呢?“一定有其他原因”,托里拆利想。當(dāng)時(shí)人們已經(jīng)知道,空氣是有重量的。不論是任何物體,有重量就會(huì)有壓力。那么,水面的上升會(huì)不會(huì)是由空氣的壓力造成的呢?
托里拆利是個(gè)很聰明的人。為了證實(shí)自己的想法,他想換一種密度不同的液體實(shí)驗(yàn)一下。他想到了水銀。因?yàn)樗y的密度是水的13.6倍。托里拆利找到一根120厘米長(zhǎng),一頭封閉的玻璃管,把它灌滿水銀,用手指堵住管口,放在一個(gè)裝滿水銀的槽子里。把手指松開后,管里的水銀柱迅速下降,降到還有76厘米高,便停住了。76厘米的13.6倍正是10米左右,實(shí)驗(yàn)結(jié)果和自己的預(yù)想完全相等,成功了!
托里拆利的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)表以后,遭到一些保守思想嚴(yán)重的人的堅(jiān)決反對(duì)。他們說(shuō),水銀柱上面不是真空,而是充滿了眼睛看不見(jiàn)的氣體,是這些氣體的壓力使水銀柱的高度保持在76厘米的。
面對(duì)保守勢(shì)力的圍攻,托里拆利決心用實(shí)驗(yàn)證明水銀柱的上面的確是真空。他經(jīng)過(guò)細(xì)心思索,終于設(shè)計(jì)出了一個(gè)更加巧妙的實(shí)驗(yàn)。這一次,他準(zhǔn)備了一個(gè)大一點(diǎn)的槽子,底下是水銀,上面是水。接著,他重復(fù)了前邊實(shí)驗(yàn)過(guò)程。當(dāng)管里的水銀柱保持在76厘米的時(shí)候,他把玻璃管慢慢向上提,管口被提到水槽里水銀和水的交界面以上時(shí),由于管里的水銀很重,一下子都流了出來(lái),同時(shí)由于大氣壓力的作用,水在一瞬間充滿了全管。
在托里拆利進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中,管里水銀柱的上方確實(shí)是真空的。如果水銀柱的上方有氣體,那么當(dāng)水流進(jìn)去的時(shí)候,也應(yīng)該只上升到76厘米的高度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果恰好相反,在鐵的事實(shí)面前,保守勢(shì)力啞口無(wú)言了。
編輯/李章