|
Luftens flygtige bestanddele
III.
Typisk for Galileis intuitive
begavelse var en opdagelse, han gjorde en dag, da han sad i kirken og
så en lysekrone svinge i forskellige buer som følge af
trækken. Ved at sammenligne udsvingene med sin egen puls kunne
han fastslå, at uanset buens størrelse ville lysekronen
bruge den samme tid på et sving. Siden kontrollerede han sine
observationer ved forsøg. Han anbragte to ens penduler med
kugler på en snor og bragte dem i svingninger i forskellige buer,
hvorved han fik bekræftet, at svingningerne brugte den samme tid.
Han havde opdaget pendulets egenskaber, som andre udnyttede til at
fremstille de første præcise ure.
Hele Galileis liv var
kendetegnet ved en sådan indsigt. Da han erfarede, at en
hollænder havde opfundet en kikkert, konstruerede han straks en
selv. Han vendte den mod himmelhvælvet og opdagede, at
Mælkevejen bestod af utallige stjerner. Han så, at
Månen havde bjerge og beregnede deres højde ud fra deres
skygger, ligesom han konstaterede, at Jupiter havde fire egne
måner. Han opdagede pletter på Solens overflade, ved hvis
hjælp han beviste, at Solen roterede om sin egen akse en gang
hver 27. dag.
Galileis forskellige
undersøgelser konfronterede ham hyppigt med mysteriet om luftens
natur, især under hans studier af faldende legemer. Selv om det
ikke er korrekt, at Galilei afprøvede legemers fald ved at lade
en lille og en stor jernkugle falde ned fra Det skæve Tårn
i Pisa det var der en anden, der gjorde foretog han studier
af acceleration. Undersøgelsen var en del af hans
uophørlige, lidenskabelige angreb på den aristoteliske
verdensopfattelse.
Aristoteles hævdede, at
en genstands hastighed afhang af dens vægt, idet en sten på
5 pund formodedes at falde fem gange så hurtigt som en på
et pund osv. Galilei kuldkastede denne teori, idet han gennem
matematiske beviser og bekræftende forsøg beviste, at alle
legemer principielt falder med samme hastighed uanset deres vægt.
For at forklare, hvorfor en fjer alligevel svæver blidt til
jorden, mens en sten styrter ned, fremsatte Galilei teorien om, at
selve luften yder modstand under faldet.
Måske opmuntret heraf
fortsatte Galilei med at gøre sig overvejelser omkring andre af
luftens egenskaber. Han udførte forsøg for at
fastslå, om dens evne til at modstå bevægelse
betød, at den havde en målelig substans. Han lod en stor,
smalhalset glasflaske udstyre med en ventil, »gennem
hvilken«, som han skrev, »jeg pressede en stor
luftmængde ind i flasken«. Omhyggeligt vejede han derefter
flasken, som nu indeholdt »to eller tre gange mere end
normalt«, hvorefter han slap den sammenpressede luft ud igen og
vejede flasken på ny. Ud fra sådanne forsøg
konstaterede han, at luft virkelig vejer noget. Efter hans beregninger
var den 460 gange lettere end vand. (Moderne undersøgelser har
vist, at den ved havoverfladen er 816 gange lettere.)
Aristoteles havde også
været aldeles ubøjelig omkring et andet
spørgsmål vedrørende luften. Eksistensen af et
vakuum, et lufttomt rum, erklærede han var en umulighed, fordi
naturen modsatte sig tomrum. Lige så typisk indtog Galilei det
modsatte synspunkt. Han udførte et forsøg, hvor to plane,
blanke glasplader blev anbragt så tæt sammen, at de kun
kunne adskilles ved at lade den ene glide tværs over den anden.
For ham beviste det, at forsøgene på at adskille pladerne
skabte et vakuum imellem dem, og at dette vakuum holdt dem sammen. Men
de ortodokse fysikere, der fortolkede det samme forsøg i henhold
til Aristoteles' forskrifter, svarede, at naturen tvang pladerne sammen
for at undgå dannelsen af et vakuum.
Galileis næste træk
var en indretning, der trak en lufttæt træprop væk
fra vandet i en tykvægget glascylinder. Mellem proppen og vandet
var der ganske tydeligt et rum, som måtte være lufttomt.
Herved blev der drevet en ny kile ind i de aristoteliske ideer.
Den ubestridelige eksistens af
et vakuum, som de færreste europæere troede på,
førte til en ny opdagelse omkring luftens natur. Galilei levede
dog ikke længe nok til at kunne opleve det. Ud fra
pumpemekanikken vidste han, at datidens enkle sugepumper, som man
troede fungerede, fordi naturen, der afskyede lufttomme rum, sugede
vandet op for at forhindre dannelsen af et sådant, under ingen
omstændigheder kunne hæve brøndvand mere end 10 m.
Det fortælles, at Galilei ironisk bemærkede: »Naturen
synes ikke at afsky et vakuum over 10 meters højde,« men
han fremkom ikke med nogen tilfredsstillende forklaring herpå.
Han forkastede selvfølgelig Aristoteles' forklaring om, at
naturen brugte vandet til at forhindre dannelsen af et vakuum. Han
vidste, at der kunne findes lufttomme rum. Men generelt for Galileis
forestillinger om vakuum var, at han mente, at det udøvede et
træk, som sugede vandet opefter. Han troede, at vakuumets kraft
på en eller anden måde var begrænset til 10 m, og at
vandets vægt i en søjle derover simpelt hen ville få
den til at bryde sammen.
I slutningen af 1634 rejste han
spørgsmålet om 10metergrænsen over for sin nye
assistent, den 33årige Evangelista Torricelli, der allerede var
en fremtrædende matematiker og fysiker inden for sit felt. I 14
år havde Torricelli samarbejdet med to af Galileis mest markante
elever, og på deres anbefaling blev han ansat for at bistå
mesteren selv ved en ny videnskabelig afhandling. Men kun tre
måneder efter Torricellis ankomst til Galileis villa i Firenze
blev deres lovende videnskabelige partnerskab afbrudt ved Galileis
død i en alder af 77 år. Da Torricelli forberedte sig
på at forlade hoffet i Toscana, udnævnte storhertug
Ferdinando 2. ham til Galileis efterfølger som hofmatematiker og
filosof.
Torricelli fortsatte med at
fundere over problemet med vandsøjlen på 10 m. For at
forenkle det uhåndterlige apparat til studiet heraf, hvor en
gruppe fysikere fra Rom havde anvendt rør, der var fastgjort til
fleretagede bygninger, kom han i tanker om Galileis hypotese om, at
højden af en væskesøjle var omvendt proportional
med væskens vægt. Han gjorde forsøg med tungere
væsker som f.eks. havvand, honning og kviksølv, som gjorde
væskesøjlen mindre, så han kunne bruge kortere
rør. Endelig lod han så i 1644 sin laboratorieassistent
Vincenzo Viviani fremstille et 1 m langt glasrør, som var
stærkt nok til at kunne rumme en søjle af det flydende
kviksølv, som vejer 14 gange så meget som vand. Efter
Torricellis anvisninger fyldte han røret med kviksølv og
lukkede dets ende med sin finger. Dernæst vendte han røret
på hovedet og dykkede den åbne ende ned i en beholder med
kviksølv, før han fjernede sin finger.
Kviksølvsøjlen sank, indtil den nåede en
højde af ca. 75 cm og efterlod et tomrum øverst oppe i
røret. De havde opfundet barometret.
Det virkelige særkende
ved Torricellis genialitet var ikke selve forsøget, som blot var
en variation af en tidligere fremgangsmåde. Det var dets
udlægning. Han konkluderede, at væskesøjlen ikke
blev trukket op af vakuumet, men blev drevet frem af atmosfærens
vægt, som trykkede på kviksølvet i beholderen, men
ikke på væsken i søjlen. Torricelli gik videre og
anvendte apparatet til at »vise forandringerne i luften, som
snart var tungere og mere grov, snart lettere og mere fin«, eller
trykændringerne. For at bevise, at søjlen snarere blev
understøttet af vægten eller trykket fra luften udenfor
end af Galileis »vakuumkraft«, fremstillede Viviani et
tilsvarende rør, hvis ene ende blev tillukket af en stor, hul
kolbe, som kunne frembringe et endnu større, ifølge
Galileis tankegang stærkere, vakuum. Når dette rør
blev fyldt og vendt om, sank kviksølvet ned til nøjagtigt
det oprindelige niveau, »et næsten sikkert bevis på,
at kraften ikke er indeni«, som Torricelli skrev. Han kom frem
til en såre enkel og evigtgyldig konklusion: »Vi lever
neddykkede på bunden af et hav af almindelig luft, som man ud fra
ubestridelige forsøg ved har vægt.«
Torricelli blev imidlertid dybt
skuffet på et afgørende punkt. »Jeg har ikke
været i stand til ved hjælp af instrumentet at kunne
konstatere, hvornår luften er grovere og tungere, og
hvornår den er fin og let, fordi overfladen er meget
følsom over for varme og kulde,« meddelte han en kollega.
Historikere formoder, at vakuumet blev forurenet af vanddamp, hvis
reaktion på temperatursvingninger måske slørede
trykforandringer.
Torricelli beskrev sin
opfindelse i et brev til en ven, men undlod klogelig at
offentliggøre den, antagelig af frygt for at irritere
inkvisitionens teologer, der 11 år forinden havde tvunget Galilei
til at tilbagekalde sine uortodokse meninger om solsystemet. I 1644
holdt den dogmatiske katolicisme fast ved Aristoteles' lære, og
selve begrebet vakuum blev anset for at være blasfemisk. Disse
synspunkter var imidlertid knap så fremherskende uden for
Italien. Flere franskmænd havde overværet Torricellis
demonstrationer af vakuumapparatet, og deres beretninger herom
tilskyndede til tilsvarende forsøg i udlandet.
|
|