世界近代前期科技史-第16章
按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
验，在一根1米长、一端封闭的玻璃管中装满水银，用手指堵住管口后将玻
璃管倒立于盛有水银的容器中，然后移开手指。于是，玻璃管中的水银柱下
降到离容器中水银面以上76厘米处。玻璃管顶部出现了24厘米的空间。这
是人类首次有意识地造成的真空状态，后来被称为“托里拆利真空”。托里
拆利还观察到，水银柱的高度会出现微小的变动。他认为，这是由于大气压
力的变化而造成的。据此，他发明了水银气压计，并进一步发现了气压的变
化与气温的变化有关。
托里拆利39岁时英年早逝，但他在力学研究方面的成就，使他在科学史
上据有重要位置。
（4）帕斯卡的成果
… Page 67…
托里拆利的同时代人帕斯卡（1623—1662年），也做了一系列重要的力
学实验并获得了有意义的结果。
帕斯卡从小擅长数学，16岁时就发表了关于圆锥曲线的论文，随后在数
学研究方面取得了不少成果，并为帮助父亲计算税收而制造了一个计算装
置，它被认为是第一架数字计算器。不久，他的兴趣转向力学问题。
帕斯卡在得知托里拆利所做的真空实验后，用汞和水重复了这个实验。
不久，他又设计了一个新实验，进一步证明了托里拆利的发现。他让自己的
亲戚皮埃尔在家乡克勒蒙菲朗的多姆山上，从山脚到山顶，在不同高度观测
托里拆利气压计中水银柱的高度，发现越往山上走水银柱高度越低。他自己
在巴黎的高层大楼上做了同样的实验。帕斯卡由此得出结论，大气压力随高
度的变化而变化，高度越高，压力越小。他提出，可用气压计作为测量高度
的仪器。虽然这种测量直到18世纪初才开始实际进行，但帕斯卡的发现在以
后的地学研究乃至现代航空技术中都得到了广泛应用。
帕斯卡还同皮埃尔一起，对同一地点大气压力的变化进行了观察和测
量，对气压变动与天气情况的关系作了初步探索，为利用气压计预测天气开
辟了道路。
在实验过程中，帕斯卡对托里拆利的水银气压计作了改进，还发明了注
射器。
在流体力学领域，帕斯卡也有重大贡献，其中最主要的是提出了关于液
体压力的一个定律，即帕斯卡定律。帕斯卡通过实验发现，在密闭的容器中，
静止流体的某一部分发生的压力变化，都能毫无损失地传递到流体的各个部
分和容器壁。例如，在水力系统中的一个活塞上施加一定的压力，必将在另
一个活塞上产生相同的压力增量。如果第二个活塞的面积是第一个活塞的10
倍，那么作用于第二个活塞上的力也将增大为原来的10倍，而两个活塞上的
压强仍然相等。这个定律后来成为各种液压机械的工作原理，得到极为广泛
的运用。
（5）居里克的实验
居里克（1602—1686年）的工作对于研究气体的物理性质极有价值。他
生于马德堡，曾先后就读于莱比锡大学和莱顿大学。在当时有关真空问题的
争论的影响下，他开始研究气体力学。
为了产生局部真空，居里克发明了空气泵，并利用它做了一系列实验。
他曾把一个装满水的木桶封闭起来，并用沥青将其缝隙填死，然后用泵将水
抽出。但空气仍能通过微孔进入木桶内。于是，他改用铜制容器，并直接将
容器中的空气抽出。但抽到一定程度时，铜制容器便被压扁。居里克认识到，
这是由于空气压力的作用以及容器没有制成真正的球形。他又制作了一个铜
球，终于成功地获得了很高的真空度。上述这些工作，都是在著名的 1654
年公开实验之前就已完成的。
1654年，居里克在雷根斯堡为国王斐迪南三世和帝国会议演示了大气压
力的存在。他在两个空心的铜制半球之间放上垫圈，并将其合在一起，形成
一个直径35。5厘米的球体，然后通过球体上的气嘴将其中的空气抽出，关上
阀门。两个半球被空气压力紧紧地压在一起，最后用16匹马才将其拉开。这
就是“马德堡半球”实验。居里克第一次显示了大气压力的巨大力量。为气
体力学作出了开拓性的贡献。
… Page 68…
居里克用天平比较了一个容器在被抽空前后的重量，证实了空气是有重
量的。他在空气和真空性质方面还有其他发现，如：被抽空的容器的视在重
量在不同日子中存在着差异，是由于大气压力的微小变化以及大气对悬浮容
器所产生的阿基米德上推力的作用；光线能够穿过真空，而声音则不能，等
等。
居里克的研究及其成果，最早是由维尔茨堡大学教授朔特 （1608—1666
年）在其《流体——气体力学》一书中进行介绍和论述的。居里克的有趣实
验吸引了玻意耳，并促使他进一步深入地研究居里克实验中所涉及的问题。
在罗伯特·胡克的协助下，玻意耳改进了居里克的抽气机，并用它作了大量
实验。玻意耳发现了空气的“弹性”，即在恒温条件下，空气的体积与压力
成反比。这个发现后来被称为玻意耳定律，虽然玻意耳当时还没有认识到这
个发现的重要性。玻意耳的其他实验，还表明了空气对于燃烧、动物的呼吸、
声音的传播等都是不可缺少的。
（6）建筑中的力学
①材料。达·芬奇在自己的笔记中曾谈到了关于柱和樑的强度，这表明
他曾对材料在应力下的性能进行过实验研究。虽然他使用的方法还较粗糙，
表达也还欠严谨，但他仍提出了一些很有价值的见解，并表明自己已经超越
了纯粹根据经验来决定建筑中如何使用材料的时代。达·芬奇注意到，由一
组柱子紧密结合在一起而构成的一个立柱所能够承受的荷载，要数倍于这些
柱子在各自独立状态下所能承受的荷载。他指出，一根规定截面积的支柱的
承载能力与其高度成反比。他还试图算出支柱的高度和直径发生变化时，其
承载能力的变化。他对樑也作了类似的实验，得出了关于规定截面积的樑的
承载能力与其跨度成反比的结论。
到17世纪初，伽利略对材料强度的问题进行了深入的研究。在《关于两
种新科学的谈话》这本书中，他详细考察了材料力学的一系列问题，如樑的
抗断裂力及其与樑的长度、厚度、截面积等因素的关系、金属丝的抗拉性等
等。由伽利略开始，许多学者在这一领域展开了研究。瑞典学者沃茨、法国
建筑师布隆代尔、意大利学者马什蒂和格兰蒂等人，曾对伽利略关于樑的强
度的结论作了某些修正。法国物理学家马略特（1620—1684年）通过对樑的
实际试验而提出，纤维在不同荷载下的延展程度也不同，延展程度与荷载成
正比，但延展有一个度，超过这个度纤维就不能承受荷载而断裂。
②结构。在文艺复兴的影响下，古典式建筑重新流行。同时，出现了一
些介绍和说明古典建筑结构的著作，其中最有代表性的，是卓越的意大利建
筑师帕拉弟奥 （1518—1580年）所著的《安德列·帕拉弟奥的建筑学》。
帕拉弟奥早年曾在建筑工地当石工，1540年开始从事设计，并多次到罗
马考察和测绘古罗马建筑遗址，1544年出版了《古罗马遗迹》一书。他设计
的具有古典主义风格的宅邸和别墅式样长期被人模仿，18世纪在欧洲达到鼎
盛并传播到世界其他地区。
在4卷本的《建筑学》中，帕拉弟奥用许多自己的设计来说明古罗马的
设计原则。其中第一卷研究了材料、柱式和装饰；第二卷是他本人的建筑设
计图和古代建筑的复原图，图上均按比例标出尺寸；第三卷是桥樑、会堂等
公共建筑的设计和城市规划；第四卷是古罗马神殿的复原图。帕拉弟奥研究
了跨度与拱座厚度的关系，认为拱座的厚度不应少于拱跨的1/5，但也不必
… Page 69…
多于其 1/4。但他没有考虑到拱高对于拱的水平推力的影响，并以为半圆形
拱对其拱座没有水平推力。他的这种有关拱的力学观点在很长时间内没有受
到怀疑。
17世纪上半期，法国建筑师德朗在《拱的建筑》一书中，提出了一种确
定拱座应有厚度的作图方法。这种方法对半圆形、弓形和尖形的拱都适用，
其主要之点是根据拱的弧度来决定拱座的厚度。不过这个方法也有缺点，它
未把拱座的墩的高度和拱的荷载这两个因素考虑进去。
2。光学
（1）光学原理的探讨
①莫洛利克。莫洛利克（1494—1575年）生于意大利的墨西拿，曾当过
牧师和数学教师，同时也是物理学家和天文学家。他在物理学方面的主要研
究工作集中于光学，如光的直线传播，光在平面镜、球面镜、柱面镜和锥面
镜上的反射和光的折射等问题。他指出，凸透镜是会聚的，而凹透镜是发散
的；光线在通过具有平面平行界面的透明板时，其方向不变，仅平行于其本
身有一位移。他还研究了虹，最先指出虹有7种颜色。而在此之前，人们普
遍认为虹只有3种颜色。在视觉理论方面，他指出，光线在眼睛的晶状体中
折射，就象在透镜中折射一样，并在视网膜上引起视觉。他最早说明了眼睛
近视和远视的原因，认为这分别是由于晶状体的曲率过大或不足造成的。
莫洛利克在1567年写了一本书，名为《论光》，但当时未能出版，直到
他逝世后30多年，才于1611年问世。
②刻卜勒 刻卜勒也是当时主要的光学家。在1604年，他凭直觉、但又
是最先明确地提出了光度学的基本定律，即照度与离光源的距离的平方成反
比。他还通过几何构造正确解释了以前的光学家们曾讨论过的一个问题：为
什么太阳光从一个小孔进入暗室时，不论这个孔的形状如何，在屏上形成的
图像总是圆的。他以一本书代表发光体，在书和墙之间放置一个中间有一角
孔的屏，然后在书的一角系上一根线，再将线穿过角孔拉直至墙壁，线端系
一支粉笔。拉直这根线并沿角孔边沿绕转时，粉笔在墙上画出了一个与角孔
相似的图形。再将线的另一端依次系在书的其他位置并重复上述过程，结果
在墙上画出了许多部分重叠的角孔图形，这些图形构成了一个总的轮廓，呈
现出这本书的形状。
此外，刻卜勒还论述了光的折射和视觉理论。
在1611年出版的《屈光学》中，他描述了望远镜的原理，介绍了具有凸
透镜目镜的望远镜的结构，提出了近似的折射定律和透镜公式。他对眼睛功
能的解释比前人更为准确，如认为视网膜是眼睛接受晶状体所形成的图像的
部位，视力是对刺激视网膜的感觉等。
③斯涅耳。在刻卜勒之后，荷兰莱顿大学的数学教授斯涅耳（1591—1626
年）取得了一个进展。约在1621年，他通过实验发现了光穿过两种互相接触
的媒质的界面时，其穿行路程与两种媒质的折射率之间的关系。但斯涅耳的
这一发现当时没有公布。后来，著名荷兰物理学家惠更斯可能看到了斯涅耳
的手稿。他在1703年出版的《光的折射》中，提到了斯涅耳的发现。于是，
光的折射定律被称为斯涅耳定律。
④笛卡尔。1637年，笛卡尔的《屈光学》一书出版。笛卡尔论述了光的
… Page 70…
传播、反射和折射定律。他认为，光是一种作用或压力，它从发光体经过媒
质传到人的眼睛；光是“即时”传播的。他力图从力学上证明反射和折射定
律，假定光的本性是一种由发光体产生的推力或运动倾向，它同一个实际运
动的物体遵循同样的力学定律，如同一个被击出的小球一样，在碰到坚硬平
滑的表面而反射时，其入射角必定等于反射角。他提出，光由媒质中的运动
构成，因此，它碰撞在柔软松散的空气微粒上比碰撞在较坚硬紧密的水或玻
璃的微粒上更容易减弱，就象一个球在地毯上不如在光滑的桌面上容易滚动
一样。在一系列研究的基础上，笛卡尔最先在数学上导出了光的折射定律，
这条定律在实验上已由斯涅耳在1621年左右确立。
⑤格里马尔迪。 意大利博洛尼亚的格里马尔迪（1618—1663年）是耶
稣会学校的教师，讲授哲学和数学，但光学是他的主要研究对象。他发现了
光的衍射现象，并对其作了系统的研究，提出衍射的某些规律。
格里马尔迪在做实验时注意到，让日光从一块有划痕的金属板反射到一
个屏上，能产生色带。这一发现成为发明反射光栅的先声。根据有划痕的金
属板对光的作用，他在一定程度上解释了鸟类羽毛、昆虫翼的闪光颜色的产
生。他认为，颜色就是“光的变态”，这种变态也许就在于光的运动类型和
速度的变化。当眼睛受到速度不同的光振动的刺激时，就出现了不同的颜色。
格里马尔迪还用棱镜得到了太阳的光谱。
格里马尔迪对光所作的实验和思考的成果，在他的主要著作《关于光、
色和虹的物理数学研究》中得到了表述。这本书是在他逝世两年后的 1665
年出版的。
（2）光学仪器的发明和改进
①望远镜。最早利用透镜的光学性能，是同改善视力的目的联系在一起
的。大约在14世纪前，就已有了使用眼镜的记录。14世纪初，威尼斯的眼
镜制作业大概已有一定规模。那时，为了防止眼镜制作者用玻璃代替水晶欺
骗顾客，还制订了专门的法律。14世纪中叶，戴眼镜已成为上层人士的一种
时尚，不少人甚至在请人绘制肖像时都要求画成戴眼镜的。但从使用眼镜到
发明望远镜，经过了大约300年的时间。
16世纪后期，意大利学者波塔（1535—1615年）讨论了有关望远镜的原
理。在1558年出版的《大自然的魔术》一书中，他提出可以把凸透镜和凹透
镜结合起来使用以观察远处和近处的物体。据说，意大利在1590年就已有了
望远镜，它由一个凸面物镜和一个凹面目镜组成，但当时可能没有受到特别
的注意。
关于望远镜的最早发明者，有种种不同的说法。其中较为普遍的看法是：
17世纪初，荷兰制镜工匠汉斯·利帕希偶然地把目光穿过两个透镜观看远处
教堂顶上的风标，他惊奇地发现，风标被放大了。于是，他开始制作“远距
离观望仪器”。他最初制成的望远镜比较简单，由一个双凸透镜作为物镜和
一个双凹透镜作为目镜。1608年10月，荷兰议会审议了利帕希的专利申请。
根据议会的决议，成立了一个专门委员会与利帕希商谈，并探讨是否可将这
种仪器改进为可用双眼同时观察。利�
