個(gè)真空實(shí)驗(yàn)——十七世紀(jì)

一般人都認(rèn)為托里切利(Torricelli)首先氣壓計(jì)(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(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)他基于虹吸管問題的動(dòng)機(jī)而設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)生真空的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)基本上是一個(gè)"水壓力計(jì)(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(gè)鉛管系統(tǒng)內(nèi)部，再關(guān)緊上方G處與D處之活栓。此時(shí)，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(gè)真空實(shí)驗(yàn)未被采信。

托里切利由于伯提實(shí)驗(yàn)的影響，使他對(duì)空氣壓力的觀念更明朗，因而在1644年設(shè)計(jì)了另一個(gè)實(shí)驗(yàn)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(yàn)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(gè)汞壓力計(jì)，如圖二所示，此實(shí)驗(yàn)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(shí)管內(nèi)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關(guān)，若以水由下方灌入，便會(huì)充滿整個(gè)管子。這便是你我都熟知的托里切利實(shí)驗(yàn)。盡管如此，當(dāng)時(shí)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(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)是理念史上偉大的一刻。斐瑞爾帶著一個(gè)前述之壓力計(jì)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(jì)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(gè)實(shí)驗(yàn)與一連串〝真空中的真空〞實(shí)驗(yàn)(即在一個(gè)真空系統(tǒng)中裝一個(gè)壓力計(jì))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(shí)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(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(duì)于光何以能在真空中行進(jìn)的疑惑，直到十九世紀(jì)時(shí)由馬克斯威爾(Maxwell)解釋才得以澄清。