31 大自然真的厌恶真空吗？

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每一个历史的转身

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这是【西方大通史】第 279 篇文章

【文艺复兴】第 31 篇文章

本文关键词：托里拆利实验、帕斯卡原理、马德堡半球实验

大自然厌恶真空吗？

1608年，法国在魁北克建立了殖民据点。同年，意大利物理学家埃万杰利斯塔·托里拆利出生。

 

这里又要很不好意思地将亚里士多德拉出来鞭尸了。亚里士多德认为，这个世界上不存在真空，真空是难以想象的。在《物理学》中，老亚已经系统论证了为什么真空不存在，因此在信奉他的大批信徒看来，大自然厌恶真空就成了“常识”。尽管伽利略也对其深思过，但他本人也不确定，真空是否存在，甚至有一度也认为真空是不可思议的。

 

托里拆利早年的时候就做过研究，写过一些著作，当伽利略读到后，非常欣赏，于是托里拆利也就成了伽利略晚年的助手。伽利略死后，托里拆利接替了他的宫廷数学家职位。

 

随着当时资本主义的发展，水泵越来越多得被人们使用到日常生活中。在亚里士多德看来，水之所以会往上升，在于大自然厌恶真空，活塞向上抽动所留下的空隙必须马上被水充满。这种解释虽然也能说得通，但是问题来了，水是否可以被抽到无限高的高度呢？

 

人们根据经验判断，水最多被抽到33英尺（约10米）的高度，再高就不行了。伽利略去世前不久，就听到了这个说法，并且将想法告诉给了托里拆利，在他去世后，托里拆利和伽利略的另一个更年轻的学生维维安尼准备一起做一次实验，他们之所以选择水银，是因为水银的密度是水的14倍，所以要想获得同样的效果，就只需要不到3英尺（1米）的水银柱。

 

二人随后在佛罗伦萨做了著名的“托里拆利实验”，托里拆利制作了一根玻璃管，封住管子的一头，在里面灌满水银，他用手指堵住玻璃管的开口，将它倒放在一个装满水银的碗里。最后，他俩得出结论，大气压和760毫米高的水银柱产生的压强相等。

 

玻璃管内水银液面上方的空间是什么？人们为此展开了激烈的争辩。托里拆利认为，那就是真空，但相信他的人寥寥无几，因为按照亚里士多德的说法，“自然界厌恶真空”，所以真空就不可能存在。

 

同时，托里拆利还注意到，玻璃管内的水银液面并不是不变的，而是会随着天气的变化而上升或下降。如果继续思考下去，或许他会发明气压计，只可惜，托里拆利于1647年就去世了。不过，江山代有才人出，这个实验很快就传遍了欧洲，当传到法国的时候，甚至还引起了一阵热议，当时刚好有一个法国人也在思考同样的问题，他就是帕斯卡。

 

帕斯卡更加确信，真空在自然界不是不可能的，自然界不是像许多人想象的那样以如此巨大的厌恶来避开真空。随后，他重复了托里拆利实验，只不过用红酒来代替。由于酒的密度比水银小，他用了一根更长的玻璃管制造了一段真空。

 

帕斯卡为此兴奋不已，但他还不满足，他进一步猜想，如果水银柱子真的是被大气压所顶住的，那么在海拔较高的地方，空气压力小，水银柱高度应有变化。

 

有了想法之后，最好的办法就是亲自去做实验，但帕斯卡一直以来身体不好，不能登山。于是，他写信给自己的兄弟，托兄弟帮忙去高处做下实验。

 

实验的结果，应了帕斯卡的猜想，果然在高处，1英里高处水银柱下降了3英寸。

 

经过多次实验后，帕斯卡得到了相同的结论，这更是让他为止兴奋不已。实际上，支撑玻璃管内水银柱或水柱的力量来自大气的重量，他还证明了，液柱底部的压强与它的高度成正比。按照他的理论，在装满水的木桶上方垂直放置一根33英尺（约10米）长的细管，然后从细管顶部向管内注水，木桶很快就会被压裂。

 

帕斯卡指出，在一个封闭的容器内，各处的压强始终相等，今天我们称之为帕斯卡原理，注射器和液压系统就是根据他发明出来的。

 

除了意大利与法国，德国也在同期开始了对真空的研究。马德堡半球实验是由盖利克设计的。在三十年战争期间，他的家乡马德堡成了一片废墟。和当时的很多科学家一样，他也非常反感亚里士多德的那种理论的思辨，他更倾向于实验。

 

通过实验，盖利克创造了很多真空的球，他发现，在真空中，火马上就熄灭了，小动物无法存活，但水果和蔬菜却能保存更久的时间。

 

1654年，当着皇帝斐迪南三世和国会议员们的面，盖利克演示了大气压究竟有多大。他给两个直径约1.2英尺的铜制半球涂上油脂对接上，再把球内抽成真空。这时让两队马分别拉一个半球，直到用上了16匹马才将两个半球拉开。这个著名的实验使真空和大气压力的概念广为人知，后人将这两个半球命名为马德堡半球。

 

同一时期的英国科学家波义尔也有贡献，他与另一个法国科学家马略特合名的定律静静躺在中学教科书上很久很久：在压缩空气时，压强越大，空气体积越小，压强与体积成反比。

 

真空问题的研究极大地促进了流体力学的发展，为下个世纪蒸汽机的出现、动力机械的广泛使用以及工业革命奠定了基础。

 

帕斯卡与波义尔是下一个系列中隆重介绍的人物，这里就先稍稍提一下。回到托里拆利，除此那个著名的实验外，他是第一个用科学的方式描述风的人，他写道：“风产生于地球上的两个地区的温差和空气密度差。”

 

1609年4月9日，西班牙与荷兰在安贝雷斯达成了协议，签订了《十二年休战协定》，亦称《安贝雷斯条约》。同年，荷兰在北美建立了新尼德兰殖民地。

-系列回顾-

▲ 【文明之初】

▲ 【光荣希腊】

▲ 【伟大罗马】

▲ 【基督世界】

▲ 【征战十字】

▲ 【黎明曙光】