【第二十一迴】

    佛羅倫薩意公爵難堪

    馬德堡外德皇帝受驚

    ——大氣壓力的發現

    上迴說到伽利略被教廷宣布監禁,但因為他身體實在虛弱,便由他的一些老朋友作保,監外執行,到佛羅倫薩郊外樹林裏找了一間小屋,悄悄地隱居起來,於是他也就慢慢地被人們忘掉了。

    讀者或許還有不知,你道這佛羅倫薩是何等熱鬧的地方。公元14世紀前後,它正處在意大利的南北通衢大道上,人口已達10萬,手工業工廠發達,僅毛紡廠就有三百多家,而且並不是自產自銷,原料來自西班牙,染料來自埃及,產品又銷到英、法。世界各地的商人南來北往好不熱鬧。要說文化,這裏又是文藝複興的重要基地,一些有名氣的代表人物都是這裏的人氏。伽利略就不用說了,還有寫《神曲》的詩人但丁,畫《蒙娜麗莎》的達·芬奇,製作了《大衛》雕像的米開朗基羅,建了著名的無柱圓頂教堂的建築家伯魯涅列斯基。這裏雖然扼殺了一些如伽利略那樣的新文化名人,但是就連那些上層貴族人物也不能抗拒這個新文明衝擊。一些上層人物也是總想把自己打扮成有知識的樣子,想把自己的庭院裝修得更華麗些,好向市民們和外國商人炫耀。

    現時這佛羅倫薩的大公爵塔斯坎寧別出心裁,要在自己家的院子裏建一個大噴水池。他想,這種闊氣誰人能比?錢是不發愁的,至於設計,他要親自動手。他安排了水池、噴頭、假山,還在池山之間栽種了國外引進的奇花異樹,建了亭廊,亭間廊邊遍設燭台,為的是夜間一樣可以酣飲暢遊。為了加大水量,他又特別吩咐管家找來了打井工人,為噴水池專挖一口井。那井也挖好了,抽水機也裝好了,隻差機器一轉,就可珠滾荷葉,銀落水麵,人們便可隔著水簾,披著濕霧,跳化裝舞了。但這般光景公爵不準備一人獨享,這是一次向全市炫耀自己學識、財富、才華和風度的好機會。他選了一個良辰吉日,遍請了市內的頭麵人物,大工廠廠主、教授、藝術家,還有那些從波斯、西班牙等東西方來的富商大賈,還特地邀請著名的諾爾魯神父來光臨新水池“開噴典禮”。

    這天剛日壓西山,公爵家的大門口就車塞馬鳴,門內廊上亭上也早美酒侍候,佳肴等人了。不一會兒,紅燭高照,華燈齊放,樂聲輕輕地漫上了樹梢屋簷。這時塔斯坎寧公爵舉起一杯紅酒,笑容滿麵地說:“各位先生,今天本公爵親自設計的噴水池竣工,特邀你們來參觀一下我的拙作,並參加我們家庭慶祝舞會,我和我的夫人及全家表示非常的感謝。讓我們大家為這項庭院工程的勝利竣工來幹一杯。”接著就聽一陣酒杯相碰的叮當之聲。然後公爵向早就在亭外侍候的工匠一揮手:“開始抽水!”

    可是這水井裏的水半天也抽不到地麵上,更不用說從噴頭裏噴出來了。那些工匠搖著抽水機的搖把累得滿頭大汗,隻聽那水好像是提到了半腰,可是“咕嚕”一聲,就像人咽了氣一樣,又下去了。公爵忙命工匠仔細檢查一遍,每一個螺絲都看過了,機器完好,設計也看不出問題。現在就連公爵自己臉上也是汗津津的了。

    這時,從來賓席上走出一位年輕人來,他略帶嘲弄地將公爵看了一眼說:“不要費勁了,今天這井裏的水是不會上來了。”

    “你怎麽知道?”

    “伽利略說的。”

    這一句話就像是有人突然在席間放了一顆炸彈,頓時大家都驚呆了。伽利略不是早就被教會監禁了嗎?怎麽他的幽靈今天又出現在這裏。

    這青年看著這些吃驚的人,哼了一聲說:“你們當然早把他忘了,可是不管你們忘不忘,地球照樣還在轉,這水照樣不會聽你們的話上到地麵來。下午,我剛從郊外迴來,他老人家知道這裏在打井,說,隻要超過10米,水就別想上來!”

    “為什麽?”

    “因為抽水是靠抽掉水管裏的空氣,產生真空,外麵的大氣壓強發生作用才能把水從管子裏壓上來。但是這壓強是個死數,管子長了,它沒有那麽大的勁,自然就壓不上來了。”

    “什麽?你說什麽真空?裏麵什麽也沒有?這是不可能的。”這時在座的一個神父立即站起來與他辯論。

    “是的,什麽也沒有,連上帝也不存在。”年輕人好像很高興有人出來應戰。

    “你是誰?”

    “我是伽利略的學生,一個伽利略分子。”

    這個青年叫托裏拆利(1608~1647年),他崇拜伽利略,到處自稱是伽利略分子,比伽利略更直率地宣傳伽利略的學說。

    公爵和神父萬沒想到今天這個場合會冒出一個伽利略的學生。真使他們掃興,便惱怒地說:“既然你發現了什麽真空,就當眾拿出來給大家看看。”他們冷笑著,很為自己出了這麽個絕好的難題而自豪,想瞧這青年的難堪。

    青年不慌不忙地說:“這很容易,我現在做一個實驗,拿來‘真空’讓你們看看。不過在看以前先講個條件,要是實驗做成了,高貴的公爵,還有尊敬的神父,你們得當眾承認伽利略的學說是對的。”

    “要是做不成呢?”公爵連想也不想他會做成,急著反問。

    “任你們怎樣處置。”

    “好,那就馬上把你送到羅馬教廷去審判。”神父急忙宣布。

    他知道自從伽利略被監禁後,又有一個叫佛羅倫薩中心實驗學會的青年團體,還在到處實驗和宣傳伽利略的學說,教廷已經抓了一些。那次有一個青年拒捕,還跳樓死了。想不到今天在這裏又碰見一個這樣膽大妄為的毛頭小子。

    “好,一言為定!”

    隻見托裏拆利從桌上拉過一個又細又扁的黑匣子,打開,取出一瓶水銀和一根一米長、一頭開口的細玻璃管,管上有刻度。他又隨手拿過一隻小碗,倒滿了水銀,再把玻璃管裏也灌滿,用拇指按緊開口,然後一下倒過來連手指浸入碗中,再抽出手指。隻見那細管中的水銀開始下滑,但是當液麵落到76厘米處時便不再動了。托裏拆利指著76厘米以上的那一截管子說:“各位先生,請看,這管子裏就是真空,空得連空氣也沒有了。”

    “可是為什麽水銀不再下落,讓管子裏再空一點呢?”客人中有人顯然對此已發生興趣,忙插話提問。

    “對。為什麽水銀不再下落了呢?正是由於空氣的壓力。這壓力就像能把井水壓上來一樣,它能把水銀正好托在這個高度。水銀的密度是13.6克/厘米3,因此這水銀柱的壓強就是13.6x76=1033.6克/厘米2,這就是空氣的壓強。那水的密度是1克/厘米3,如果10米深的井管,水柱就有1x1000=1000克/厘米2。差不多正是一個大氣壓強。你想,井深超過10米那水還能壓上來嗎?幸虧公爵打的是一口水井,要是一口水銀井,怕井深不到1米就要報廢了。”托裏拆利說完,以嘲諷的眼神向公爵看了一眼。他就是這樣年輕氣盛,成心要讓這幫貴人難堪。

    客人中有人點頭稱是,有人津津有味地聽著這個聞所未聞的新課題。

    諾爾魯神父眼看著這場麵要讓這個毛頭小子左右了,也顧不得體麵,忽地一下站起來說:“你這是變魔術。你又怎麽能證明上麵那截管子裏真的是空的呢?怎麽能證明這水銀柱真的是空氣的壓力托著呢?”

    “別忙!”托裏拆利向神父揶揄道,然後又從黑匣子裏抽出一根y形管子做證實真空存在的實驗。這是一根直管,在頂頭上彎出一個彎,形成一個鉤子,又像根拐杖。彎頭處開了個洞。隻見托裏拆利用一個指頭堵住小洞,彎朝下,灌滿水銀,倒過來和剛才一樣浸在水銀碗裏,這樣長直管裏又是個76厘米的水銀柱,而那彎兒底部也存下一截水銀,上麵卻出現了真空。這一個連通管裏就有兩截水銀,兩截真空了。托裏拆利向大家掃了一眼,說:“現在隻要我的手指一離開這個小洞,由於空氣進來產生壓力,長管裏的水銀就會全部落入碗裏,小彎裏的水銀就會被空氣托到管頭上去。這正好說明剛才這裏確實是沒有空氣的,你們信不信?”

    “不信!”公爵憤憤地應道。

    隻見托裏拆利將手一抬,那直管裏的水銀柱像是空中的懸物斷了線,刷地一下跌落碗裏,而那個彎管底部的水銀倒像有一個無形的手在下麵推擠,眼睜睜地升上了管的頂頭,像貼在管子上一樣不再下來。這時全場的人都顧不得那佳肴美酒了,一個個伸長了脖子,都看著這根魔管。有的人還在胸前畫著十字,輕輕地喊著:“啊,上帝!”托裏拆利這時揚起頭很認真但又像是在開玩笑地說了一句:“那不是上帝,是空氣!”而公爵呢,看著這個像變魔術一樣的場麵,一邊掏手帕擦汗,一邊說:“可能伽利略真的是對的。”

    托裏拆利見公爵終於說出這句話,便收拾起他的黑匣子,一個鞠躬,飄然離去。這時半天沒有插上嘴的公爵夫人看著這個掃興的場麵,才想起把管家叫來,怒斥道:“他是怎麽混進來的?”管家怯生生地說:“我見他夾個匣子,還以為是樂隊裏的人呢。”

    這就是1643年進行的有名的托裏拆利真空實驗。水銀柱上的那段真空也就被後人稱為“托裏拆利真空”,而那種玻璃管也被叫做“托裏拆利管”。

    再說這真空實驗的消息立即不脛而走,人們都競相演示這個實驗。消息傳到法國,數學家布萊斯·帕斯卡(1623~1662年)不但在家裏做實驗,還到山上、山下對比著做。他發現空氣的壓力與海拔是相關的。在海拔2000米以內每升高12米,托裏拆利管中的水銀就要下降1毫米。德國馬德堡市的市長奧托·格裏克竟也放下繁重的公務來做這個科學遊戲。他想的主意更為新奇,他把兩個鐵製的直徑有20厘米的半球扣在一起,並不做任何焊接,隻把裏麵的空氣抽掉,於是無論多麽強壯的大力士,一人抓住一半也拉不開,人們簡直不敢相信這球的魔力。

    1654年5月8日,德國馬德堡郊外春日融融,綠草如茵。這天,山坡下的空場上圍了有上千人,草地上又是跳舞又是賽馬,好不熱鬧。沿山坡臨時搭起了台子,上麵旗杖華麗,鼓樂齊鳴,原來今天皇帝、皇後也在這裏與民同樂。一會兒,奧托·格裏克雙手各拿著一塊他設計的半球來叩見皇上,請求為陛下表演一個科學遊戲。皇上正在興頭上,便欣然允諾。

    隻見他雙手將這兩個半球啪地往一起一合,助手遞上抽氣機,三下兩下就將裏麵的空氣抽光了。這球的直徑不過20厘米,裏麵的空間頂多也隻能裝三個拳頭。然後奧托·格裏克將兩根又粗又結實的絲繩係在半球兩邊的環上,招手叫過來兩個大漢,一邊一個拔起河來。隻見他們臉漲得由紅變紫,雙方或左或右,互有進退,而那球的兩個半球倒是平平穩穩地相抱一起。

    皇帝、皇後看得發呆了,剛才明明是兩個隨便合起來的半球,怎麽會吸得這樣緊?這時奧托·格裏克又命令兩邊各加到兩人,加到三人。鐵球呢,倒像越拉越緊。草地上千人之眾鴉雀無聲。奧托·格裏克喝了一聲:“住手。”又幹脆牽過兩匹馬來,一邊套上一匹,兩個馭手揮起鞭子,兩匹馬仰天長嘶一聲,四蹄叩地向兩邊拉起來。可是那球還是依然如故。奧托·格裏克又將兩邊再各加一匹,一會兒又加一匹,這樣一直各加到七匹健馬,還是不見分曉。這時,皇後忘了她那在臣民麵前應保持的尊容,雙唇大張,右手緊緊抓住皇帝的手腕。奧托·格裏克又命令兩邊再各加一匹馬,馭手的鞭子甩得如爆竹炸響,馬嘶嘯嘯,塵土飛揚,圍觀的人群也沸騰起來,各喊加油。隻聽“嘭”的一聲,鐵球終於裂成兩半,兩邊的八匹馬各帶著半塊小球一下衝出幾百米遠。這時皇後才閉口鬆手,喘出一口氣來,皇帝的手腕也早被捏出五個指頭印來。他忙將奧托·格裏克召至台上問:“你變的是什麽魔術?這兩個小半球,怎麽會有這樣大的吸力?”

    “啟奏陛下,這小球上的力不是吸力,是空氣對它的壓力。”

    “你知道這壓力有多大嗎?”

    “按托裏拆利的計算,大氣對物體的壓力是每平方厘米1千克。這小球的截麵積是半徑的平方乘上圓周率,等於1256平方厘米,作用於它身上的力就是1256千克,每邊八匹馬要各使出157千克的力才能將它拉開呢。”

    皇帝聞聽半信半疑。他想了一會兒說:“這樣一個拳頭大小的球就要受大氣的千斤壓力,那朕的皇宮不早被壓塌了嗎?”

    “陛下不用擔心。鐵球拉不開是因為裏麵抽成了真空,隻外麵受壓力,陛下的皇宮高門大窗,空氣自由出入,自然不會形成真空,上下壓力也就互相抵消了。”

    “那我們這些人每天生活在大氣裏不也要被壓癟了嗎?”

    “是的,我們一般人的身體麵積約2平方米,他晝夜不停地受著2萬千克的壓力呢。可是陛下也不用擔心,我們有口鼻可以唿吸,所以肚子裏也絕不會形成真空的。”

    皇帝聽到這裏才知自己是一場虛驚,大可不必為此擔心,臉上也有了輕鬆的笑容,嘉許道:“想不到你這個市長還知道這麽多新知識。”說罷,又傳令擺酒,要借這明媚春光與奧托·格裏克及臣子們痛飲一場。草地上又鼓樂齊奏,舞姿翩翩。

    這正是:

    人頭朝下隨地轉,人身受壓數萬斤。

    世代千年竟不知,隻緣身在此事中。

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