有句成語這樣說:“重如泰山,輕如鴻毛”。泰山之重是顯而易見的,有比鴻毛還輕的東西嗎?有!那就是空氣。現在知道,水的密度是1,做羽絨衣的羽絨的密度大約是023,而空氣的密度卻隻有00128左右。空氣實在太輕了,在許多場合下它的存在都被人們忽略不計了。

最早注意到空氣有重量的是意大利的物理學家伽利略。他將一個空瓶(當然裏麵有正常氣壓的空氣)密封起來,放在天平上與一堆沙子平衡。然後,他設法用打氣筒向那個瓶子打進更多的空氣,並再次密封。當伽利略把這隻瓶子再放回到天平上時,這時的瓶子比那堆沙要重一點,隻有再往沙堆裏加添一兩顆小沙子,天平才會平衡。伽利略推斷,瓶子重量增加是由於裏麵的空氣增多了的緣故,因此,空氣是有重量的。雖然伽利略科學地測定空氣是有重量的,但他卻無法解釋“大自然討厭真空”這個老問題。

羅馬時代以來,人們就注意到一個現象:用來輸送水的水管,當它們跨越高度在10米以上的山坡時,水就輸不上去了。在超過10米深的井裏,抽水泵便不起作用了。人們早就知道隻要把水管裏的空氣抽掉,造成一個真空,那麼水就會沿著水管往上流。他們無法解釋水為什麼會往上流,而不是通常那樣“水往低處流”,就借用古希臘學者亞裏士多德的名言“大自然討厭真空”來解釋。粗一想也對,大自然是不讓真空存在的,一旦真空出現就讓水來填補,於是水就被抽上來了。真空出現到哪裏,水就跟到哪裏。可是,為什麼水到了10米高的地方就再也上不去了呢?盡管11米、12米處也存在真空。對此,伽利略隻能解釋說是大自然的那種“厭惡”是有限度的,到了10米以上的真空,它就不厭惡了,因而水就再也抽不上去了。“智者千慮必有一失”,伽利略對抽水問題的解釋過於牽強附會,使他沒有觸及到問題的實質。

伽利略的學生托裏拆利把老師的思想推進了一大步。他認為,既然空氣有重量就會產生壓力,就像水有重量會產生壓力和浮力一樣。正是空氣的壓力把水從管子裏往上壓,壓到10米的高度時,水柱的重量正好等於空氣的壓力,水再也壓不上去了。為了證實這一點,托裏拆利設計了一個實驗並讓自己的助手維維安尼幫助去做。

要用10米高的水管做實驗是很不方便的,因為它有三四層樓那麼高,怎樣觀測呢?托裏拆利聰明地利用比水重136倍的水銀來做試驗。他叫人製作了一根1米長的玻璃管,一端封閉,一端開口。維維安尼將水銀灌滿管子,然後用手指堵住開口的一端,將管子顛倒過來使開口的一端朝下,再放進一個盛滿水銀的陶瓷槽裏。當他鬆開按住管子的手指時,管裏的水銀很快下降,當水銀降到距槽裏的水銀麵76厘米高度時,就不再降低了。換算一下就可以得到,76厘米高的水銀柱產生的壓強,正好等於10米水柱產生的壓強。這個實驗形象地顯示出,水銀槽裏水銀表麵所受到的大氣壓強,剛好等於76厘米高的水銀柱所產生的壓強。托裏拆利設計的這個實驗裝置,成了世界上第一個測量大氣壓強的氣壓計。後來,氣象報告中的氣壓單位也曾沿用多少厘米(或毫米)水銀柱高來表示。

大氣有壓力這是肯定的,這壓力究竟有多大?這方麵最為生動的例子發生在德國。1645年的一天,德國東南部的雷根斯城轟動了:皇帝大駕光臨,百姓傾城出動,為的是觀看一個名叫蓋利克的人表演。

廣場上站立著16匹雄壯的駿馬,分成左右兩隊,每隊各8匹馬。它們彼此背向排列,用鐵鏈和繩索牽引著一個直徑為25厘米的青銅真空球。這隻球是蓋利克事先在當地鐵匠鋪定做的,它由兩個半球合攏而成,兩個半球的邊緣做得十分平整,因此能緊密地合在一起而不會漏氣。表演一開始,蓋利克先用抽氣機將銅球內的空氣抽光,然後他下命令給兩邊的馬夫。隻聽“啪”

“啪”兩聲鞭響,左右兩邊的馬夫拚命往前趕馬,誰知這些駿馬雖然使足了力氣往前拉,就是拉不開那由兩個半球合在一起的青銅球。

皇帝和百姓們都看呆了。蓋利克向大家解釋說“這裏麵沒有什麼魔力,主要是銅球表麵所受到的大氣壓力把它們緊緊壓在一起。不信的話,把空氣再放回到銅球裏麵去,使兩邊的壓力相等,就很容易把鋼球打開了。”說著,他用雙手左右一拉,銅球確實輕易地打開了。

多麼神奇的大氣壓!