第 2 章　氣壓、真空與大氣式發動機的破曉#

本章導言#

沒有「真空」概念的正名，就沒有蒸汽機。17 世紀的三個事件——馬德堡半球、巴本的高壓鍋與活塞、塞維利的「礦工之友」——把「大氣壓力」從哲學爭論變成可使用的力。本章三節，按年代層層接近第一台實用蒸汽機。

1600 年代佛羅倫薩的礦井與水泵工程師遇到一致的「怪事」：吸上式水泵無論怎麼改，水柱最高只有約 10 米。伽利略在《兩門新科學》（1638）曾試以「真空之抵抗（resistenza del vacuo）」解釋——方向對了但量錯了。

1643 年，伽利略的學生埃萬傑利斯塔·托里拆利（Evangelista Torricelli）以水銀代替水進行實驗：約比水密度大 13.6 倍的水銀支撐起僅 760 mm 的柱高：

\[ \rho_{Hg}\, g\, h_{Hg} \;=\; \rho_{H2O}\, g\, h_{H2O} \;\Rightarrow\; h_{H2O}\approx 10.3\,\mathrm{m} \]

它證明：支住水柱的不是「真空的吸力」，而是大氣的重量壓力。1647 年托里拆利早逝，但「氣壓」概念誕生；帕斯卡（1648 Puy de Dôme 實驗）進一步證明氣壓隨高度降低。

時任馬德堡市長的奧托·馮·格里克（Otto von Guericke）先製作真空泵（抽氣機），再於 1654 年雷根斯堡帝國議會前公開演示：兩個直徑約 50 cm 銅半球抽成真空後，兩邊各用八匹馬（或更多，紀錄有異）撕拉不開。所需拉力估算：

\[ F = P_{atm}\cdot A \approx 101\,\mathrm{kPa}\times 0.2\,\mathrm{m^2} \approx 2\times 10^4\,\mathrm{N}\;(\approx 2 \text{ 噸力}) \]

這一表演的意義超越科學：它讓整個德意志上層（諸侯、學院）記住了「大氣壓力能做起數噸之功」。動力機器的第一個市場（宮廷與知識界）由此打開。