奧托·馮·格里克

德國物理學家、政治家

奧托·馮·格里克(德語:Otto von Guericke,1602年11月20日~1686年5月11日)德國物理學家、政治家。

格里克出生於馬德堡貴族家庭,就讀於萊布尼茲和萊頓大學。他曾在軍隊中以工程師身份服役,曾於1646年~1676年間任馬德堡市市長。這時他一方面從政,一方面從事自然科學的研究。他於1650年發明了活塞式真空泵(即往複式真空泵),並利用這一發明於1657年設計並進行了著名的馬德堡半球實驗,展示了大氣壓的大小並推翻了之前亞里士多德提出的“自然界厭惡真空”(horror vacui)的假說。

人物生平


1602年,奧托·馮·格里克,生於德國馬德堡,家庭頗富裕。15歲時進萊尼茲大學學習法律,20歲畢業,他於研究法律之餘,對於實驗及數學等,也有濃厚的興趣。格里克大學畢業后,曾先後赴英、法兩國留學,23歲時才回到故鄉。當時的歐洲正捲入戰爭的漩渦之中,馬德堡被攻佔后,全市燒毀一空,格里克被敵人所捕,經瑞典朋友的資助,始得贖身出獄。後來,在瑞典國王的幫助下,收復了馬德堡市。
1646年,格里克被選為該市市長。格里克就任之後,兢兢業業地工作,不遺餘力地架建橋樑,建造要塞。此外,他親自動手種田,以生產當時奇缺的糧食。
1686年,格里克在漢堡逝世,享年八十四歲。

主要成就


自然科學

格里克仍不忘研究自然科學,在真空的研究中取了可喜的成就。當時的科學界,創造真空是一個重要課題,格里克根據吸取式抽水機的原理,經過精心設計和試驗,終於製造了活塞式抽氣機。1663年,格里完成了《論真空》著作手稿,該書在1672年出版。格里克最初在裝葡萄酒的木桶里裝滿了水,用黃銅泵把水抽到另一個桶里,被抽水的木桶是密封的,只有一個抽水管口,三個強壯的助手用力拉動活塞,慢慢地把桶內取的水抽出。隨著水被抽出就可以聽到一些聲音,桶內剩下的水似乎在劇烈地沸騰。由於木桶漏氣,隨著空氣進入木桶,這種聲音逐漸地停止了。後來用銅製的球形容器代替木桶,再進行上述實驗。開始時,活塞很容易拉動,後來,隨著容器里的水越來越少,就越來越難拉動活塞了。當抽成真空后,打開活塞時,空氣迅猛地擠進球內,其激烈的程度幾乎可以把靠近的一個人拉進銅球里。

實驗探索

發明抽氣機
格里克經歷了一系列的實驗探索,終於發明了抽氣機。有了抽氣機,他又做了許多關於真空和大氣壓強的實驗。他發現,真空里的火焰會熄滅;鳥在真空里,難過地張開大嘴,拚命吸氣,一會兒便死去;魚也會在真空中死去;葡萄在真空中能保持六個月不變質等等。格里克曾將含有空氣的豬膀胱,放入抽氣機的鐘罩里去,然後將鐘罩中的空氣抽去,便見到膀胱逐漸膨脹以至破裂。他又在玻璃容器中裝入一隻正在發出聲音的鐘,當將容器里的空氣抽出后,就聽不到聲音了。由此證實,聲音不能在真空里傳播。格里克還曾在一根十米多長的管子上接一段玻璃管,玻璃管里注入水,然後頂端封閉,把它做成水式氣壓計,即以水柱代替托里拆利管中的水銀柱,他觀察到,在天氣變化時,會發生水柱的高度變化,從而利用這個儀器作天氣預報,他製作了一個小木人浮在這個儀器的水面,小木人的手指指出了各個位置上的空氣壓強。
馬德堡半球實驗
1654年5月8日,當時的馬德堡市長奧托·馮·格里克為了證明大氣壓強存在,在今天德國雷根斯堡市郊進行了一項科學實驗,目的是為了證明真空的存在。格里克製造了兩個直徑約50厘米(20英寸)的銅質空心半球用於實驗,半球中間有一層浸滿了油的皮革,用以讓兩個半球能完全密合。其中一個半球上帶有連接管,用以連接真空泵,有閥門可將其關閉。當兩個半球間的空氣被抽出后,兩個半球便會受周圍的大氣擠壓而緊合在一起。
然後,格里克將16匹馬分為兩組,向相反的方向拉兩個半球。這16匹馬拼盡全力把兩個半球最後拉開的時候,發出了很大的響聲,像放炮一樣。當時圍觀的市民非常吃驚,而格里克則利用這一機會,告訴市民這是“空氣的力量”。如果把銅半球上的閥門擰開,空氣經閥門流進球里,用手一拉球就開了。
其實,根據理論計算,使得兩個半球結合的力的大小可以由半球的直徑、半球內外的壓強差計算得到。在格里克的實驗中,由於無法得知其使用的真空泵效果如何,因此無法準確計算使得兩個半球分開所需的力的大小。假設其真空泵能夠抽出所有的空氣,分開兩個半球則需要20千牛頓的力,相當於舉起一頭幼年非洲象所需的力的大小。而在馬德堡半球實驗中,為了將球體內部抽成真空,格里克設計發明了世界上第一個真空泵。
之後格里克多次在各地重現此實驗以饗廣大好奇的觀眾。1656年,他在他任職市長的馬德堡用兩隊各8匹馬重複了這一實驗,得到了相同的結果。他還嘗試將兩個半球組成的球體抽出空氣后懸掛重物,兩個半球也沒有分離。1663年,他在柏林用兩隊各12匹馬為勃蘭登堡選帝侯腓特烈·威廉重複了這一實驗。
在此以後,馬德堡半球實驗逐漸成為廣為人知的示範大氣壓力原理的實驗方法。波士頓等多地曾獨立重複過馬德堡半球實驗。也有供教學用途的馬德堡半球的仿製品,它們的體積也比當年的半球小得多,把半球的空間抽真空后,不再需要用馬力便可拉開。德國郵政還發行過紀念這一實驗的郵票。