开辟压力计量和真空计量新领域的美妙四重奏4——托里拆利的发现

托里拆利（1608年-1647年）首先要解决的问题，就是困惑伽利略的那个问题：为什么即使用吸力最大的水泵，最多也只能让水升到10 米（33英尺）左右的高度？托里拆利对这个问题进行了长时间的研究，最后毅然否定了“自然厌恶真空”这一毫无根据的臆断。他从力学视角出发，认为伽利略“空气有重量”的猜想是正确的，设想空气有一定的重量，并认为10 米水柱重量产生的压强应当与大气压力相平衡。

他决定用实验来验证自己的设想。但是，在实验室里用这么大的装置做实验显然是不现实的，于是他就用一个微缩模型来研究这个问题。他想出用汞（水银）柱代替水，测量真空的阻力，由于水银的密度约为水的14倍，他期望得到水柱高度约为1/14的汞柱高度。

1643年，他和伽利略的学生维维安尼一起进行了实验。他将一根１米多高且一端封闭的玻璃管装满水银，用拇指始终按着开口的一端，然后把它倒置在装满水银的盘子里后，移开大拇指。一些水银从玻璃管流到的水银盘中，水银柱的高度降到760毫米处。但是，是什么阻止了水银全部流出呢？托里拆利推测：水银在管内的高度是因大气的重量压迫槽内的水银所致，水银柱下表面的气压显然足以支撑760毫米高的水银柱的重量，而在水银柱上方的空间是一真空。这是第一次在实验室制造出真空，并被如此解读。

这个科学史上有名的实验后来被称作“托里拆利实验”。这一实验表明，汞柱上方玻璃管顶部的空间是真空。托里拆利将真空的概念从古时的辩证法带到了实验物理中。人类发现了大气压，也确凿无误地发现了真空，解决了两千年来有关真空的哲学辩论。从此，压力计量和真空计量也就成为了现实。

托利拆利在实验的基础上发明了水银气压计，利用管中水银的高度来测量气压。他还注意到，玻璃管中水银柱的高度每天随着天气的变化而稍有不同，由此他推断出每天的大气压也会发生变化。直到今天，气压还是天气预报中最重要的因素之一。

（郭天太供稿）