科学机遇故事(站在巨人肩上)

“打开黑暗的大门”——“电生磁”的发现
断电时为什么产生火花——“自感”现象的发现
科学史上最激动人心的事件之一——电磁波的发现
电子在光照射金属时产生——光电效应的发现
死蛙腿为何会抽搐——“生物电”的发现
低温下的奇迹——超导体的发现
离奇的水波——“孤立子”及其理论的发现
物质是否都有“生命”——布朗运动的发现
水为什么抽不高——大气压的发现
光量子存在的实证——核磁共振现象的发现
给众多患者带来福音——放射性的发现
黑暗中的胶片为何感光——中子的发现
名家将机会留给查德威克——慢中子效应的发现
诗音般的金鱼池实验——中微子的发现
破获能量“失窃案”——共振效应的发现
齐步过桥引灾难——拉曼效应的发现
给人类带来光明和幸福——白炽灯的发明
微观世界的眼睛——显微镜的发现
当代的千里眼——雷达的诞生
奇怪的“澡盆漩涡”——科氏力的实证
孩子游戏的启示——万有引力恒量的测定
“19世纪最伟大的发现”之一——“磁生电”
“违反”热力学定律的谜——姆潘巴效应
新的“炼金术”——人工核反应
击破原子的又一发现——重核裂变
……
主要参考书

书摘
水为什么抽不高
——大气压的发现
现在我们都知道，大气有压强，约为10的5次方帕。但人们对大气压的
认识，却经历了一个漫长的历史过程。
中世纪后的欧洲，采矿成为当时的重要工业。为了排除矿井中的积水，
常采用一种吸气筒式抽水机。
17世纪初，矿工在用吸气筒式抽水机抽深矿井中的积水时，偶然发现了
一个奇怪的、令人迷惑不解的现象：无法将水抽到离外部水面33英尺(约10
米)以上的高度。人们开始以为这是抽水机质量不好；但即使绞尽脑汁进行
改进，或想尽其他办法，也没能将这一高度提高一丁点。同时，人们还偶然
发现，在用水道输水时，如遇到较高的山丘，水道就失去作用而不能输水。
1630年，B.巴利亚尼曾就这些问题向伽利略请教。伽利略曾以“对真空的阻
力大小有限”为由，加以不正确的解释。后来，伽利略在他1630年出版的《
两门新科学的对话》中，论述了在10多米深的矿井中水泵无法继续工作的事
实，阐明了由于空气有重量，各种液体只能被抽吸到一定的高度。而这个高
度是由液体的密度决定。此外，I.比克曼、P.伽森第等也认识到空气中的物
体会受到各个方向的压力作用，并致力于探索如何利用这种压力。总之，为
适应生产发展的实际需要，促使科学家对这些现象作进一步的研究。
1640年左右，罗马数学家和天文学家贝尔蒂组织一些人做了下列实验。
他们用一根10多米长的铅管，在管的上部装有一个活栓，下端用活塞塞住，
浸在装满水的桶里。在管里装满水后把活栓关严，再将下部活塞打开，这时
发现管里的水位下降。但一天之后，水位却再也没有下降。这一实验说明有
一种力在支持着这一水柱。意大利物理学家托里拆利(1608—1647)受到这一
实验的启发，导致他设计了著名的托里拆利实验。他认为水泵可以抽水，罗
马水道能将水送到一定高度，是因为空气具有重量，正是在空气重量作用下
，才把水压到一定高度。水只能被压到10米左右，证明空气压强具有确定的
数值，如果用密度为水的13.6倍的水银，则空气压强只能支持10米的1／13.
6，即约76厘米的水银柱。1643年，他和范范尼这两位伽利略的学生，用1米
长的玻璃管灌满水银后倒立在水银槽中，结果，果然水银柱高度下降到高出
槽内水银表面76厘米便不再下降。这就是著名的托里拆利实验。1644年6月1
1日，托里拆利在给他朋友M.里奇的信中，对此实验作了详细介绍。通过这
一实验，证明管内水银柱的高度是表示作用在水银槽外面的空气的压力。为
了进一步证实这一观点，他又用两根不同的玻璃管做实验，虽然一根粗细均
匀，一根上粗下细，但仍然得到管内水银柱等高的结果。由此，托里拆利认
为，过去用“自然害怕真空”解释的现象，应归于大气压的存在。但他的实
验结果却被教会当作秘密，不许传播。这是因为这一结果与他们的教义相悖
，影响他们的“权威”。但纸终归包不住火。有关实验的消息被去意大利旅
行的法国人D.魏耳丢于1644年告诉给梅尔森。梅尔森于同年秋去意大利，于
12月访问了托里拆利，亲眼看了实验。所以，实验的消息便很快传到法国。
梅尔森回到法国后，便着手于实验，但未获成功，原因是不易获得一根
理想的玻璃管。而住在里昂的帕斯卡(1623—1662)却在1646年10月几次实验
成功。但当时见过这一实验的一些人却认为，水银柱上部空间并非真空，而
是充满眼睛看不见的气，而这种气是从液体蒸发出来的。针对这种看法，帕
斯卡于1646—1647年之间的冬季又做了另一公开实验。他用两根长10多米的
玻璃管，实验液体分别为水和葡萄酒。实验前，不少人猜测，结果应是酒柱
低些，理由是酒的挥发性更大。因此液柱上部空间的气体较多，在这部分气
体作用下，当然酒液柱应更低些。但实验结果却正好与这种猜测相反。帕斯
卡于1647年10月出版了《关于真空的新实验》这一小册子，介绍了他的上述
实验。他指出，管内上部出现的空间是真空(现在看来，这一说法并不确切
，因为确有液体蒸气气压，但很小)，液柱能保持高出管外液面是大气压作
用的结果。此后，帕斯卡又设计了两个实验，其中一个是大气压随高度变化
的实验，直接地证明是大气压的作用使水银柱留在管内。这一实验是由他的
内弟佩里埃完成的。1648年9月19日，佩里埃测出法国克莱蒙市附近高约100
0米的多姆山的山脚，比山顶水银柱高出8.5厘米。而他本人在巴黎市内的圣
·杰克塔进行同样的实验，这塔仅高50米，但塔底和塔顶仍有0.45厘米的水
银柱高差。实验后他指出，过去以“自然害怕真空”解释的种种现象皆应归
因于空气的重量和压力，高处空气稀薄，故压强更小。

大气压和真空的实验很快传遍欧洲。1653年英国H.泡尔进行了实验；1654年
德国格里克在雷根斯堡做了著名的马德堡半球实验，1657年在马德堡、1663
年在柏林又做了类似实验，每次实验都证明了大气压的存在。
1660年英国波义耳(1627一1691)和1667年法国马略特(1620—1684)研究
了在一定温度下空气的体积和压强的关系，发现了波义耳一马略特定律。
前述科学家有关大气压存在的令人信服的实验和研究，使人们对大气压
的认识逐渐深化。后来随着大气成分的测定和气体定律的进一步研究，终于
使大气压的存在得到公认，也使对大气压的认识得到深化，并进一步促进了
大气科学和空气动力学的建立和发展。
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