书城传记近代科学的奠基者:罗伯特·波义耳的故事
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第10章 马德堡半球

来自西班牙的邮船终于慢悠悠地靠上了英国码头。

一位旅客走下邮船匆忙跳上马车直奔牛津,他的终极目的地是罗伯特·波义耳的实验室。从港口利物浦到牛津,马不停蹄地跑了几天,行色匆匆的旅人要传递一项重要的实验详情。

“亲爱的迭戈,先不忙讲,喝点水,休息一下再说,你的来信我们几乎都能背下来了。”波义耳说。

“不,先生,我去西班牙已经耽搁了很久,没有很好地完成您交给的任务。”名叫迭戈的旅人说。

“谁能料事如神,不怨你,不怨你。”波义耳心中急切地想知道实验详情,但又十分彬彬有礼。

迭戈喝了几口水,用袖口擦了擦嘴巴,就回忆般地介绍起他亲眼所见亲耳所闻的情况……

那还是两年前的事情。

1654年的一天,天空晴朗,万里无云。

德国东南部的马德堡市中心广场,到处是熙熙攘攘的市民,人们议论纷纷,奔走相告。也有些人踌躇犹豫,四处打听……

原来,马德堡市市长奥托·葛利克要利用礼拜天,向市民做一个公开的科学实验。这是一个有趣且极富观赏性的“马拉铜球实验”。据说,国王陛下还要亲临现场,所以中心广场才如此热闹非凡。

届时,在场的观众中有平民百姓,也有豪门贵族;有热心科学研究的学者,也有怀疑和反对实验的神职人员。在广场中心高台上站着一位中年男子,他就是市长奥托·葛利克。

他正大声宣讲“大气是有压力的”,今天就要用实验证实这一点。他风趣的语调使观众觉得演讲不那么深奥了,尽管他们中绝大多数听不懂演讲的内容,但他们确信实验是值得一看的……

经过烦琐的参拜祝祈国王仪式后,人们期待已久的实验终于开始了。

葛利克和他的两位助手首先将两个精心制作的直径一尺多的铜半球壳中间垫上橡皮圈,再把两个半球灌满水合在一起。然后用他们发明的抽气泵抽出半球之间的水,使球内形成真空。最后把抽气嘴上的龙头拧死,这时铜球周围的大气压从外面把两个半球紧紧地压在一起。

“拉开两个半球需要多大的力气呢?”葛利克市长问道。然后,又自问自答道:“结论是,用人的力量是拉不开的。有人若不相信,请上来一试!”

从国王陛下的卫队中跃出两个彪形大汉,他们使出吃奶的劲儿也无法拉开,只好腆着绯红的面孔退下了。葛利克一挥手,4名马夫牵来8匹高头大马,在球的两边扣环上各拴上4匹。葛利克一声令下,4名马夫用鞭子猛抽两边的马,8匹马拼命用力,两个半球仍然紧紧合拢在一起,纹丝不动。在场目睹这一切的观众无不感到惊奇,原来还有些嘈杂的广场骤然间肃静起来,人们简直不相信这是事实,带着疑惑的目光都注视着8匹马拉不开的两个铜制半球。

葛利克微微一笑,又命令马夫牵来8匹马,一边再增加4匹马。这样,在16匹马的猛拉下,两个铜制半球才勉强被拉开。就在两个半球分开的一刹那间,外部的空气以巨大的力量、极快的速度冲入球内,实验场上发出了震耳欲聋的巨响。

大家为市长的实验成功而欢呼……

迭戈的叙述也激动了在场倾听的每个人的心。他得意地从行囊中掏出一本从维尔茨堡带来的传教士肖特关于“马德堡半球实验”的著作。波义耳爱不释手地拂去书上的灰尘,脸上露出赞许的笑容。一个粗通文墨的西班牙仆人被派去观摩,能办得这样周到,他是十分满意的。尽管意外地周折耽搁了一些时间,但也是可以谅解的。

从此,波义耳与胡克开始研究空气的状况。他们一开始粗略地搜集了有关研究情况。在伽利略的著作《新科学对话》中,伽利略提出了利用真空泵抽取井水及坑道积水的原理。他说,如同拉伸铜丝时当力量增加到某一界限就会断裂一样,用真空泵吸上的水柱自重,随高度的增加而增加,到了一定极限水柱就会切断。

伽利略的学生托里拆利认为,上述情况可以用空气本身具有重量来解释。托里拆利专门以水银设计了一个实验,他获得了后人尊称的“托里拆利真空”。后来,法国学者帕斯卡也采用托里拆利真空实验证实了气压的存在。

葛利克的“马德堡半球实验”更使波义耳和胡克兴奋不已。尤其是葛利克那个神奇的空气泵,深深吸引了波义耳。他熟悉化学实验,清楚地知道空气泵对于化学实验尤其是减压蒸馏之类的意义。

要想深刻地揭示空气性质,必须有一台精巧的空气泵。波义耳和胡克一起,立即着手改良葛利克的空气泵,在心灵手巧的胡克的努力下,他们制成了一台新型空气泵。新空气泵的特点是用球形玻璃仪器作排气装置,可以方便地从外面观察排气装置内部的变化。

空气泵一透明,许多长期悬而未决的问题立即迎刃而解了。波义耳在减压状态的容器中进行了托里拆利实验,对于托里拆利的真空是由气压造成的理论,作了出色的验证。波义耳利用胡克制成的新空气泵,进行了关于“空气具有弹性”的种种实验。

经过对空气的系统研究,波义耳于1662年发现了著名的“波义耳定律”。波义耳定律只是以空气为对象进行的完整定量的研究,其后一百多年,由于陆续地发现了其他气体,证明这一定律对于其他气体一般也都适用。

谁欲探索神秘的气体世界,都必须经过波义耳定律这个第一台阶。

当荣誉像雪片一样纷至沓来的时候,波义耳想到的不是自己,而是艰苦卓绝、锲而不舍的葛利克,波义耳十分敬重他,禁不住回忆起这位倡导科学实验的市长。

葛利克生于1602年11月20日,马德堡人。年长波义耳25岁。他从小就养成了独立思考问题的习惯。中学毕业后入莱比锡大学学习,先后在耶拿大学、莱顿大学学习法律、数学、力学,博览群书,知识广博。大学毕业后,曾参军担任军械工程师。后来被选举为马德堡市长。不管是从军、从政,他都没有停止过对科学的探索。

葛利克担任市长以后,长期为抽水机问题所苦恼。不管技师多么高明,一台抽水机也始终不能把超过10米深的矿坑中的水抽到地面。一切仿佛到了山穷水尽的地步。经过伽利略、托里拆利等大科学家的研究,特别是从空气性质入手,问题才有了转机。在政务繁杂的情况下,葛利克拨冗从事大气压力实验……

波义耳十分感激葛利克市长。他想,科学就像传递圣火的接力赛,需要一代又一代人持续努力,不管完成使命与否,将圣火传递给下一代人。那无限传递的圣火必将照亮和激励着后来人。

后来,84岁高龄的葛利克寿终正寝于汉堡。

作为一位市长,作为一位政务官员,能倡导科学,并亲自在科学上取得如此辉煌的成就,的确是值得人们尊敬和学习的。

岁月流逝,像抹布一样擦去了历史上的许多细节,人们或许已经忘记了葛利克,但一浏览科技史,人们就会看到“马德堡半球实验”,眼前仿佛出现16匹骏马拉开一个铜球的壮观场面,耳边响起半球分开时的轰鸣声……

波义耳放纵地让自己的遐想驰骋,海阔天空、跨越时空,从各个角度纵横地审视着自己时代的工作。最后,他又把眼光落在“马德堡半球”的模拟品上。

马德堡半球,与日月同辉!