物理大发现:大气压

有句成语这样说：“重如泰山，轻如鸿毛”。泰山之重是显而易见的，有比鸿毛还轻的东西吗？有！那就是空气。现在知道，水的密度是1，做羽绒衣的羽绒的密度大约是0.23，而空气的密度却只有0.0128左右。空气实在太轻了，在许多场合下它的存在都被人们忽略不计了。
　　
　　最早注意到空气有重量的是意大利的物理学家伽利略。他将一个空瓶（当然里面有正常气压的空气）密封起来，放在天平上与一堆砂子平衡。然后，他设法用打气筒向那个瓶子打进更多的空气，并再次密封。当伽利略把这只瓶子再放回到天平上时，这时的瓶子比那堆砂要重一点，只有再往砂堆里加添一两颗小砂子，天平才会平衡。伽利略推断，瓶子重量增加是由于里面的空气增多了的缘故，因此，空气是有重量的。虽然伽利略科学地测定空气是有重量的，但他却无法解释“大自然讨厌真空”这个老问题。
　　
　　罗马时代以来，人们就注意到一个现象：用来输送水的水管，当它们跨越高度在10米以上的山坡时，水就输不上去了。在超过10米深的井里，抽水泵便不起作用了。人们早就知道只要把水管里的空气抽掉，造成一个真空，那么水就会沿着水管往上流。他们无法解释水为什么会往上流，而不是通常那样“水往低处流”，就借用古希腊学者亚里士多德的名言“大自然讨厌真空”来解释。粗一想也对，大自然是不让真空存在的，一旦真空出现就让水来填补，于是水就被抽上来了。真空出现到哪里，水就跟到哪里。可是，为什么水到了10米高的地方就再也上不去了呢？尽管11米、12米处也存在真空。对此，伽利略只能解释说是大自然的那种“厌恶”是有限度的，到了10米以上的真空，它就不厌恶了，因而水就再也抽不上去了。“智者千虑必有一失”，伽利略对抽水问题的解释过于牵强附会，使他没有触及到问题的实质。
　　
　　伽利略的学生托里拆利把老师的思想推进了一大步。他认为，既然空气有重量就会产生压力，就像水有重量会产生压力和浮力一样。正是空气的压力把水从管子里往上压，压到10米的高度时，水柱的重量正好等于空气的压力，水再也压不上去了。为了证实这一点，托里拆利设计了一个实验并让自己的助手维维安尼帮助去做。
　　

　　要用10米高的水管做实验是很不方便的，因为它有三四层楼那么高，怎样观测呢？托里拆利聪明地利用比水重13.6倍的水银来做试验。他叫人制作了一根1米长的玻璃管，一端封闭，一端开口。维维安尼将水银灌满管子，然后用手指堵住开口的一端，将管子颠倒过来使开口的一端朝下，再放进一个盛满水银的陶瓷槽里。当他松开按住管子的手指时，管里的水银很快下降，当水银降到距槽里的水银面76厘米高度时，就不再降低了。换算一下就可以得到，76厘米高的水银柱产生的压强，正好等于10米水柱产生的压强。这个实验形象地显示出，水银槽里水银表面所受到的大气压强，刚好等于76厘米高的水银柱所产生的压强。托里拆利设计的这个实验装置，成了世界上第一个测量大气压强的气压计。后来，气象报告中的气压单位也曾沿用多少厘米（或毫米）水银柱高来表示。
　　

　　大气有压力这是肯定的，这压力究竟有多大？这方面最为生动的例子发生在德国。1645年的一天，德国东南部的雷根斯城轰动了：皇帝大驾光临，百姓倾城出动，为的是观看一个名叫盖利克的人表演。
　　
　　广场上站立着16匹雄壮的骏马，分成左右两队，每队各8匹马。它们彼此背向排列，用铁链和绳索牵引着一个直径为25厘米的青铜真空球。这只球是盖利克事先在当地铁匠铺定做的，它由两个半球合拢而成，两个半球的边缘做得十分平整，因此能紧密地合在一起而不会漏气。表演一开始，盖利克先用抽气机将铜球内的空气抽光，然后他下命令给两边的马夫。只听“啪”“啪”两声鞭响，左右两边的马夫拼命往前赶马，谁知这些骏马虽然使足了力气往前拉，就是拉不开那由两个半球合在一起的青铜球。
　　

　　皇帝和百姓们都看呆了。盖利克向大家解释说“这里面没有什么魔力，主要是铜球表面所受到的大气压力把它们紧紧压在一起。不信的话，把空气再放回到铜球里面去，使两边的压力相等，就很容易把钢球打开了。”说着，他用双手左右一拉，铜球确实轻易地打开了。
　　
　　多么神奇的大气压！