気圧計の歴史と科学：アリストテレスからトリチェリまで

要約

この記事では、気圧を測定し、極端な気象現象を予測するための重要な計器である気圧計の歴史と科学について探求します。真空の存在に関する論争や、イタリアの科学者ガリレオ・ガリレイとガスパロ・ベルティがその可能性を実証したことについて掘り下げます。また、ガリレオの弟子であるエヴァンジェリスタ・トリチェリが異なる角度から問題を見て、大気中の空気が重さを持ち、圧力を発揮することを発見し、気圧計の発明につながったことについても議論します。

真空に関する論争

アリストテレスは真空、物質のない空間は周囲の物質がすぐにそれを埋めるため存在しないと主張しています。この理論は約2,000年間日常生活で成り立ってきましたが、17世紀初頭にイタリアの鉱山労働者が彼らのポンプで深刻な問題に直面しました。彼らは、彼らのポンプが10.3メートル以上の高さまで水を上げることができないことを発見しました。当時の一部の科学者、ガリレオ・ガリレイを含め、パイプから空気を吸い出すことが水を上昇させ、空虚を置き換えると提案しましたが、その力は限定的で、10.3メートルの水しか持ち上げることができなかったとされています。

ガリレオ・ガリレイとガスパロ・ベルティによる真空の実証

真空の存在自体がまだ論争の的であり、ガリレオの異端的な理論に対する興奮が高まったため、ガスパロ・ベルティは、水を長い管に入れ、両端を栓でふさいで、管の底を開けると、水が浅いプールに流れ出し、管内に残った水位が10.3メートルになるようにした単純だが素晴らしい実験を行い、真空を直接作り出すことに成功しました。

エヴァンジェリスタ・トリチェリによる大気圧力の発見

ガリレオが提唱したこの空虚な空間が何らかの神秘的で有限な力を水に与えているという考えには納得できない人もいました。ガリレオの若い弟子で友人でもあるエヴァンジェリスタ・トリチェリは、問題を異なる角度から見ることにしました。彼は、管の内部の空虚な空間に焦点を当てる代わりに、水に影響を与える他の要因が何かを自問自答しました。彼は、プールを取り囲む大気圧が水位がさらに低下するのを防ぐ唯一の要因であると考えました。彼は、この実験が真空を作り出すための道具であるだけでなく、管内の水柱の圧力と外側の大気圧力のバランスを保つためのものであることに気付きました。水位は、両圧力が等しくなると減少し、ちょうど水位が10.3メートルになるということです。

気圧計の発明

この考え方は容易に受け入れられるものではありませんでした。ガリレオや他の多くの人々は、大気中の空気が重さを持ち、圧力を発揮しないと考えていました。トリチェリは、水の代わりに水銀を使用してベルティの実験を繰り返すことにしました。水銀は密度が高いため、水よりも遠くまで落ち、水銀柱は約76センチメートルしか立ち上がりませんでした。これにより、トリチェリは、重さが決定的な要因であるという彼の考えを支持することができ、よりコンパクトな計器を作ることができました。実験のバリエーションでは、上部に大きなバブルがある2つの管を使用しました。もしガリレオの解釈が正しかったら、2番目の管のより大きな真空はより多くの吸引力を発揮し、水銀をより高く持ち上げるはずでした。しかし、両方の管の水位は同じでした。トリチェリの理論への究極の支持は、水銀管を山に持ち上げ、大気圧が高度とともに低下するにつれて水銀のレベルが下がることを示したブレーズ・パスカルによって提供されました。

トリチェリの元のモデルに基づく水銀気圧計は、水銀の有毒性のため、2000年に欧州での生産が停止されるまで、大気圧を測定する最も一般的な方法の1つでした。それにもかかわらず、真空や空気の重さに関する長年にわたるドグマに疑問を投げかける意思を持つことが、考え方の転換がどのように大きな影響を与えるかを示す優れた例です。