第八章测量大气的神奇汞柱
气压计的发明
我们知道，平地和高山上大气压力不同，而这可以通过一种仪器测量出来的，就是气压计
气压计上的指针告诉我们此时此地大气的压力究竟有多大。通过测量大气压力的变化，
我们还可以预测天气会有怎样的变化等，为生活带来了诸多便利。
半球实验闻名于世
德国马德堡市市长盖里克是一位业余科学爱好者。
1654年的一天，春日融融，绿草如茵。盖里克市长容光焕发地向大家宣布：
“诸位，今天，我将为大家表演一个科学游戏!”
说着，他双手将2个铁制的半球高高举起。“等一会儿，我将把这两个半球扣在一起，不用
任何东西焊接，然后把里面的空气抽掉，看看谁有能力再把它们分开来。”接着，盖里克“
啪”地一声就把这两个半球合上了，助手递上了一个小唧筒，他很快就将里面的空气抽光了
。然后，盖里克将两根又粗又结实的绳子系在半球两边的环上。“现在，一切都准备好了，
有谁想试一试自己的力气，看能否把这两个半球拉开?”盖里克大声问道。
从人群中走出两个彪形大汉，他们自告奋勇地接过市长手中的绳子，一边一个地拔起了河。
只见他俩脸涨得通红，但是那两个半球硬是纹丝不动。他们只好垂头丧气地认输了。
盖里克又将两边“拔河”的人数增加到2个、3个，可是，铁球还是纹丝不动。
据说，有一天，盖里克让手下的工人用唧筒抽酒桶里的水，在抽的时候唧筒脱落了，工人用
布条重新绑好，或许是由于堵塞过严，使桶口密封了，结果把空气也抽光了，只听得桶内一
片沸腾的噪声。
盖里克得知这件事情以后，就以铜球代替木桶，让工人也用唧筒抽气。工人越抽越费劲，最
后只听到“嘭”的一声，铜球瘪了。
从此，盖里克迷上了这种实验，并且开始对它进行了许多研究。著名的马德堡半球实验就是
在这个基础上进行的。
盖里克又牵来两匹马，一边套上1匹，两个驭手挥起鞭子，两匹马仰天一声长嘶，便向两边
猛拉，可那球仍是依然如故。盖里克又将两边再各加1匹，一会儿又加1匹，这样一直各加到
7匹，还是不见那球有动静。
盖里克又命令两边再各加1匹，马鞭霍霍，马嘶啸啸，尘土飞扬，人群沸腾，加油声此起彼
伏……
只听“嘭”的一声，铁球终于裂成了两半，两边的8匹骏马各带着半个铁球一下子冲出好远
。
这就是闻名于世的马德堡半球实验。它证明了大气压力的存在。
履行许诺提出猜想
其实，早在马德堡半球实验之前，就有人对大气压力进行研究了。
早在1640年前后，有人告诉意大利著名科学家伽利略，说抽水机从深井里抽水最多不会高过
10米。当时，伽利略年事已高，而且双目失明，无法亲自进行实验了，临终前，他叮嘱自己
的学生托里拆利，好好研究这个问题。托里拆利决心履行自己在老师面前的许诺。
托里拆利打算用比水的密度大136倍的水银来进行实验以观察可以提到的高度。
他拿来一根长约1米的一端开口的玻璃管，灌满水银，并用手指封住开口，再倒立在水银槽
中。当托里拆利放开手指以后，他发现管顶的水银面降到距离槽中水银面76厘米的高处停
住了。接着，他又用其他形状的玻璃管做实验，结果总是相同的——水银的高度总是保持
在76厘米。
托里拆利认为，在玻璃管水银上方的空间内，几乎没有任何东西而出现了真空，后人便称其
为“托里拆利真空”。这根水银柱管就成了最早的气压计。
水银柱靠什么力量上升到76厘米高度的呢?托里拆利猜想，水银柱是被水银面上的大气压力
托起的，并且，他把水银柱高度的微小变动看做是大气压的变化而引起的。但是，1647年，
托里拆利尚未证实这个假说就逝世了，对于它的证实，只能留给后人去进行了。
位差实验验证假说
托里拆利做的真空实验的消息不胫而走，人们竞相演示着这个实验。
消息传到了法国，科学家帕斯卡为了检验托里拆利的说法，在巴黎的教堂顶上做同样的实验
，他希望能够测出气压计水银高度在高处和地面上的差别，但是，因为巴黎市内的建筑还不
足以得到明显的结果，这个实验失败了。
怎么办?
帕斯卡想到山顶上去进行实验。但是，帕斯卡是个半残人，他自己无法爬山，只能求助于他
的内弟佩利尔。
1647年11月的一天夜里，帕斯卡在考虑了很久以后，认识到：如果真的出现了山顶上水银比
山脚下升得低，那么必然会得出这样的结论，空气的重量和压力是造成水银悬挂的惟一原因
，因为有一点可以肯定，山脚下比山顶上有更多的空气压下来。
经过周密的思考和准备，这个实验在第二年9月的一天进行了。佩利尔将气压计带到了多姆
山顶上去，观测气压计水银柱高度有什么变化。果然，托里拆利的假说在实验中得到了证实
。
在返回的路上，佩利尔又做了分段观测，证明水银升高与高度降低成正比。当他回到出发点
时，得知留在山下的另一支气压计在他离开的一段时间内并没有发生水银柱高度的变化。
第二天，佩利尔又在克莱蒙最高的塔脚下和塔顶上重复了他的观测，虽然效果并不明显，但
是结果却是和前日观测结果相一致的。
这个结果使帕斯卡感到非常高兴，为了研究气压计水银柱高度和气候的关系，他又进一步做
了很多实验，他认为，这可以知道气候
的现状以及即将发生的变化。因此这些知识对农民和旅行家很有用处。
人们从帕斯卡的实验中对气压有了更深的认识。
手指标尺把握气候
除了那次惊心动魄的马德堡半球实验以外，德国马德堡市市长盖里克也制造过一种水气压计
。
当时，盖里克住在一幢四层楼的公寓里，上面用的水全靠下面提上去。有人为了图方便，设
计制造了一个装置，打算通过一个抽成真空的容器，利用虹吸作用，将水从底层“吸”到楼
上去，然而，奇怪的是这个装置只能将水吸到盖里克所住公寓的第三层，第四层是无论如何
也吸不上去了。
盖里克知道，这又是大气压在作祟。
为了精确地知道水能升到的高度，盖里克设计制造了一套设备，也就是他发明的水气压计。
它由4根黄铜管首尾相连组成一个垂直的长管，上端为一个玻璃容器，下端为一个旋塞，旋
塞浸在一个盛水的容器中。开始时，旋塞紧闭，管子全部充满水，玻璃容器也充满水，然后
打开旋塞，管子中的水便下沉到一定的高度，这个高度可以从玻璃容器的边上观测，由浮
在水面上的一个木头小人伸出手臂指点一个带刻度的标尺而作出指示。
盖里克认为水的上升是大气压力以及因气压变化而引起的水面高度的日常变动的结果。他对
这种变动做了长期研究，并把这种变动同天气变化联系了起来。果然，他成功地根据气压的
突然下降预报了1660年的一次严重风暴。
众多门族一脉相承
托里拆利的气压计是最原始的，带有水银槽，很不方便。于是人们试图将气压计做得小巧玲
珑，便于携带，而且测量也更精确。
起初，有人将托里拆利气压计改成虹吸气压计，它省去了水银槽，管子的开端弯过2个直角
，利用封闭管和开口管中水银的液面高低之差来测量大气压。
1665年，阿蒙顿发明了一种适合于海上使用的气压计，它朝着封闭一端的方向狭窄下去。
来，到了1688年，阿蒙顿又发明了另一种复式气压计，气压由几个水银柱来平衡，以缩短气
压计的高度。
还有人将气压计的管子制成螺旋上升或者倾斜上升，使得大气压的微小变化在管子内引起较
大的水银柱位移。
最著名的要数胡克轮式气压计了。它由一根管子、一个泡、一个带刻度的圆环以及一根U形
虹吸管组成，上面有一根指针，有点像钟表上的盘一样。利用这种奇特的装置，放在U形虹
吸管内的水银面高度如果有任何微小的变化，那么，就会由小指针的旋转运动明显地表示
出来。后来，胡克又想了一个方法，用更加简便的结构制造了轮式气压计。
为了更精确地读出水银面的高度，有人甚至在气压计上使用了显微镜和测微计。
今天，随着科学技术的进步，气压计的精度越来越高，外观也越来越漂亮，但是，其原理还
是与原始气压计相同，一种为“水银气压计”，另一种为“空盒气压计”。后者的原理是使
一个金属制成的空盒形成真空，这样，它随着气压的变化，会产生膨胀或压缩现象，从而指
示出气压值。不过，与水银气压计相比，它的精确度不高，必须常常校正才行。
气压计和温度计一样，早已成了人们不可分离的伙伴。
