讓水銀來替空氣說話－托里切利

　　科學的世界是單純的，因為真理是單純，祗有單純才能與單純溝通，科學的實驗是可愛的，因為大自然是可愛的，祗有可愛才能與可愛彼此欣賞。在科學史上，最單純又最可愛的實驗之一，就是托里切利（Evangelista Torricelli, 1608-1647）的大氣壓實驗。

　

　　托里切利是義大利的數學家，他在幾何學與積分學上有很深的造詣，不過他有時也會從事一些自然科學的實驗。另外一位科學大學大克斯威爾（Jame Clerk Maxwell）也有類似的嗜好，馬克斯威爾在電磁學的理論推導時非常的有名，但是他有時也研究，貓從高處跌下來，身體在空中是怎麼翻轉的，才不會受傷。

　　托里切利是伽利略（Galiles Galilei, 1564-1642）的學生，伽利略晚年托里切利擔任他的秘書，伽利略很多的口述都是托里切利紀錄的。在優秀的人身邊留久了，也會變成優秀的人。伽利略最有名的實驗是從比薩科塔上丟東西下來，托里切利卻是以水銀在管子內掉不下來而舉世聞名，後來的科學史又稱此管子為「托里切利管」（Torricelli tube）。

　

　　那是一支平凡的管子，約有130公分長，托里切利在管子內加滿水銀，然後很迅速的將管口倒轉在一個碟子上，結果管子內的水銀慢慢的流出來，但是不久就不留了。這時水銀還有一部份在管子內，托里切利用尺一量流出水銀的表面，距離管子內水銀柱的末端是76公分高。

　

　　水銀是很重的液體金屬，1公升的水重是1公斤，但是1公斤的水銀重是13.5公斤。是什麼樣的力量使水銀柱懸在管子內76公分高呢？因為在管子內水銀柱後面是沒有空氣進入，所以是真空，而水銀柱的另一端是暴露在空氣下，接觸大氣壓力。就像兩個小孩玩翹翹板，重小孩在一端一壓，另一個端小孩就翹上來了，那翹上來的高度就代表兩人的壓力（或重量）差。托里切利管也是一樣的原理，祗是換成空氣與真空在玩翹翹板。後來就將76公分的水銀柱高度，稱為1大氣壓。

　

　　托里切利繼續觀查他的水銀柱，他發現水銀柱的高度還會改變的，當下雨或是陰天的時候，水銀柱的長度較低，這就稱為「低氣壓」。在晴天或是天氣比較乾燥的時候，水銀柱的長度增加，這就稱為「高氣壓」，低氣壓時空氣的重量比較少，高氣壓時空氣的重量比較多，因此高氣壓與低氣壓交會時，高氣壓會往下移動，進入低氣壓區，低氣壓就往移動。低氣壓往上移動溫度較易，較容易下雨，反之，高氣壓比較接近地面，溫度較高，所含的水氣較少。因此，托里切利的水銀柱，又稱之為「氣壓計」（Barometers），是預測天氣變化最主要的儀器，你看單純的將一支從水銀的管子倒過來，就可以知道天上高低氣壓的變化，托里切利的實驗實在可愛，這就是科學的美。

　

有人說天上的空氣看不到，他卻認為看不到仍然可以是

一支托里切利管的升降，就是未見空氣變化的確據。

有人說今天的天氣是熱，他卻認為熱的背後有故，

一支托里切利管的升高，就是氣壓變化的實底。