大氣壓力有多大？

THE MERIT TIMES

文／張瑞棋　 2023-07-07

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圖／樹下繪本

文／張瑞棋　

1654年5月8日當天，神聖羅馬帝國的雷根斯堡（Regensburg）廣場萬頭鑽動，廣場左右兩邊各有15匹馬分列而立，好奇的群眾等著看來自易北河畔的馬德堡（Magdeburg）市長要變什麼把戲。

馬德堡市長格里克（Otto von Guericke）原本醉心於科學研究，但23年前馬德堡因戰火而幾成廢墟，3萬居民僅剩5000人倖存。他當年就是淪為戰俘，歷劫歸來後積極投入故鄉的重建工作，竟因此走上公職之路，已於8年前擔任市長。不過這期間他始終未荒廢原本的最愛，閒暇時仍從事科學研究。

1643年，義大利物理學家托里切利（Evangelista Torricelli）用水銀氣壓計證明大氣壓力的存在，並在水銀計上方製造出真空狀態。格里克得知此實驗後大受震撼，隨即也投入研究，而於1650年發明了世界上第一個真空幫浦。皇帝斐迪南三世對於他的研究深感興趣，於是邀請他來雷根斯堡，在皇室與議會成員面前演示，畢竟當時一般人根本難以想像何謂真空，對於大氣壓力也仍半信半疑。

半球實驗轟動一時

格里克深知，單單複製托里切利這種桌上型的實驗不足以撼動人心、起懾服之效，因此他精心設計了一場大型實驗。他走到廣場中央，拿出兩個銅做的空心半球，球殼直徑約50公分。他將兩個半球合在一起，中間接合處放置一張浸了油的環形皮革以確保密合。接著用真空幫浦抽光銅球內的空氣，然後讓兩隊馬匹以相反方向拉這兩個合在一起的半球。出乎所有人意料之外，銅球竟聞風不動！就在群眾目瞪口呆，夾雜著竊竊私語之際，格里克上前打開銅球上的閥門，讓空氣跑進去後，用雙手輕輕將銅球分成兩半。

測量真空研究空氣

就這樣，格里克不但展示了大氣壓力的存在，並且讓群眾見識其威力。這個「馬德堡半球實驗」與格里克本人因而聲名大噪，各地紛紛仿效其實驗；3年後波以耳（Robert Boyle）即因為受此實驗啟發，而找來虎克（Robert Hooke）打造抽真空的裝置以研究空氣，才發現著名的「波以耳定律」。

就科學普及教育的角度而言，馬德堡半球實驗可說是史上第一個以直觀的形式，向一般大眾呈現科學真理的實驗（伽利略的比薩斜塔自由落體實驗應該只是傳聞）。尤其它如此簡潔有力地展示了感官經驗之外的自然現象，更是難能可貴。下一個能做到這點並展現科學之美的要等到200年後的「傅科擺」了。

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