そして男は時計を捨てた・・・ひとり編集長の冒険

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人類が初めて目にした「真空」とは?

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「真空」とはどんな状態のことをいうのでしょうか? 



それが明らかになったのは17世紀のことでした。かつて、「真空」や「気圧」の姿を浮かび上がらせた画期的な実験があったのです。





古代ギリシアの哲学者デモクリトス(紀元前470頃~紀元前380頃)は原子論において「万物は原子と空虚(真空)からできている。そのほかには何もない」と主張しました。



つまり、あらゆるモノは何もない空間(真空)のなかを動き回る無数の原子でできていると言ったのです。しかし、当時、原子の存在はおろか真空の存在も原子論者の頭のなかにあっただけにすぎず誰もその存在を示すことはできなかったのです。


原子論を支える真空の存在は、「自然は真空を嫌う」と一蹴されたのです。



「自然は真空を嫌う」という視点から、ストローでコップの水を飲むことを考えてみましょう。



ストローを吸ったからといって、ストローのなかが真空になるわけではありません。自然はうまくできていて、真空になりそうなときに、コップの水がその空いた場所を埋めて上がってくるので水を飲めるというわけなのです。このように考えると、たとえば「20メートルの長いストローで、20メートルの高さからコップの水を飲む」ことも可能になるのです。



しかし、鉱山では深い場所にわいてくる地下水をくみ出さないと鉱石を掘り出せませんが、手押しポンプで地下水をくみ出すときに不思議なことが起こります。深さが約10メートルを超えると水をポンプでくみ出せなくなってしまうのです。



そして、その問題を解決したのは、ガリレオ・ガリレイ(1564~1642)の晩年の弟子だったエヴァンジェリスタ・トリチェリ(1608~1647)でした。



空気に重さがあることをガリレイが実験で確かめていましたが、トリチェリは水をポンプでくみ上げられるのは、空気の重さによって生じる大気圧で押されているからだと考えました。



大気圧がかかっているので、水は押し上げられます。水の柱が重さで下へ押す力と、大気の圧力によって上へ押す力がちょうどつり合う高さまでしかポンプは水をくみ上げられないとしたのです。



1643年、トリチェリは水の柱の代わりに、同じ体積で水よりも13.6倍も重い水銀を使って実験をしました。一端を閉じたガラス管に水銀をいっぱいに入れて、空いている他の端をふさぎ、閉じているほうを上に立ててから下の口を空けました。



すると、ガラス管の水銀は液面から約76センチメートルの高さにストンと落ちたのです。これは、一気圧で支えられるのが、水銀だと76センチメートルであることを示しています。



水銀が入っていたガラス管の上部に空間ができますが、そこにはもともと水銀があったので、空気はありません。真空ができたのです😊(ただ、現在の科学からすると、少量ですが水銀の蒸気があります)。


これが水銀ではなく水ならば、1気圧でその13.6倍、つまり約10メートルを支えられることになります。



1647年、現在は「圧力」の単位に名を残している24歳のブレーズ・パスカル(1623~1662)は、長いガラス管と水で実験したといいます。



それでは、「真空は存在する」という立場から、ストローでコップのジュースを飲むことを考えてみましょう。コップの水面には一気圧がかかっています。ストローを吸うということは口のなかの圧力を下げることです。つまり、口のなかの圧力より一気圧のほうが大きいので、「一気圧」に押されたジュースが口に入ってくるということになります。



1650年、ドイツのマクデブルク市の市長をしていたオットー・フォン・ゲーリケ(1602~1686)は、改良を重ねてピストンと逆流防止弁つきのシリンダーで容器内の空気を排気する「真空ポンプ」をつくりあげました。



ゲーリケは1654年に行った公開実験「マクデブルクの半球」によって科学界にその名を知られるようになりました。神聖ローマ帝国皇帝フェルディナント3世や国会議員の前で行ったこの公開実験には、多くの見物客が押し寄せたといいます。



縁がぴったりと合う2つの大きな中空(内部がからになっていること)の銅製半球をくっつけて、真空ポンプで内部の空気を抜きます。それぞれの半球には馬8頭ずつがつながれています。ゲーリケが合図をすると馬たちは反対の方向に引っ張り合いました。



しかし、どんなに馬にムチを入れても半球は離れなかったのです。馬を解いた後に、半球についていたレバーを開けるとシューッという音がして空気が半球に入り込み、半球は自然に2つにパッと割れました。



2つの半球をくっつけて真空にした球には外から大気圧がかかります。大気圧の大きさは1平方センチメートルあたり約1キログラム(1平方メートルなら約10トン)の重さです。球のなかは真空で圧力はありませんが、外からそれだけの圧力がかかっているため、離れなかったというわけなのです。


「真空」は確かに存在したのです😊