如果没有马德堡半球实验,人类文明会倒退200年吗?
1654年,为了证明大气压的存在,马德堡市长进行的一项科学实验:
他把两个黄铜半球灌满水后合在一起,抽出全部的水后,他让16匹马分成两组,分别在左右两边拉黄铜半球,无论如何扬鞭驱马,最终都没有拉开。
马德堡半球实验大获成功,实验大获成功。有人认为,正是因为马德堡实验,才促使后来各种蒸汽机(汽轮机)被发明设计了出来,让人类工业飞跃式地进步。
那么,马德堡半球实验真的如此重要吗?
虽然,马德堡半球试验让世界相信:大气压强是存在的,这也是人类第一次成功利用大气压来做功。
但是,并非马德堡半球试验才能证明大气压强的存在。马德堡半球试验也并非真正的“人类第一次成功利用大气压来做功”。
其实,无论人类的呼吸,还是古代兴起的“拔火罐”,都能体现大气压的存在,以及用大气压做功。
拔掉火罐的过程,其实和拉开马德堡半球并没有什么本质的区别。只不过,后者证明了大气压强的力量远超人们的想象,对人心起到了极其震撼的作用。
另外,拔火罐其实并非中国古代特有。古文明都有一定的可能性,通过火罐发现大气压的存在。
无论古欧洲文明,还是古印度文明,对“拔火罐”都有利用。当然,这并非本回答的重点,有兴趣的可以自行了解。
限于古人的理解能力,人们会如同没有学过系统科学的孩子一样,认为火罐内存在吸力,而非大气压的缘故。例如,拔火罐在中国古代又叫做吸筒法。
实际上,在马德堡半球试验之前,物理界大佬们其实已经普遍认识到大气压强的客观存在。
例如,被教会迫害致死的近代科学之父伽利略,通过望远镜对宇宙万物的观察发现,彻底改变了人们的物质观。
伽利略的科学体系,也帮助他认识了大气,认识了“真空”。
他发明了开放式的液体温度计,近似于温度计和大气压力计的混合。他还发现,抽水泵抽水不能超过10米。
虽然伽利略对大气压的认识还不够全面,但他的弟子托里拆利对大气压已经有了深度认识,否定伽利略提出的真空力,并于1644年同维维安尼合作,发明了水银气压计。
1647年,帕斯卡根据托里拆利的理论,进行了大量验证性实验,轰动了整个巴黎。
1648年,帕斯卡通过测量不同高度的大气压,发现了气压规律。并在此前后,发明了注射器、水压机,改进了托里拆利的气压计。
到1651年的时候,帕斯卡已经能利用大气压进行天气预报了。
至此,学界对大气压,已经有了近乎全面的认识。
发生于1654年的马德堡半球实验,实际是一场近乎史无前例,盛世空前的大型科普现场。
这个实验,把学界新发现的知识,直接推广到了民间。通过一种反常识的操作,彻底颠覆人们的“三观”。
马德堡半球实验,的确有利于人们对大气压的全面利用。
但即便没有马德堡半球实验,蒸汽机也必然会出现,只不过是时间问题。
如果没有马德堡半球实验,的确“可能”限制人们去想象通过气压做更多的事情。例如,不能想到气压推动机械,就很难有发明蒸汽机的动力。
然而,人们的想象力可能会被限制,但绝不会被阻止。
早在公元前100年,亚历山大里亚的希罗就利用蒸汽,发明了汽转球。
而中国古代的孔明灯和走马灯,则是对“燃气”最朴素的运用。
1679年,法国物理学家帕潘发明了高压锅,发现了庞大的蒸汽压力,并使用蒸汽推动活塞。
虽然帕潘给蒸汽加上活塞是在马德堡半球实验发生之后的23年,但帕潘作为物理学家,他的行为是建立在伽利略、托里拆利、帕斯卡等前人的科学发现之上,几乎和马德堡半球实验无关。
哪怕人们没有认识到气压的强力,也迟早会发现蒸汽的庞大力量。
这说得或许有一些绕,就好比即便你没有认识风的本质,但你也能发现吹大风的时候,风的力量很大。
蒸汽有力量,比起气压的客观存在来说,前者对于大众来说,反而是极其直观的。即便人们不能深刻认识气压,也可以建立这样的朴素思想:烧火让水蒸气产生了强大推力。
其实气压发现之前,人们就是这样想的。
退一步说,哪怕没有伽利略、托里拆利、帕斯卡等人对大气认识的贡献。
只要机械科技发展到一定的地步,人们有“烧火让水蒸气产生了强大推力”的概念,就会有人去付诸于实验。
帕潘发明高压锅,用蒸汽推动活塞的行为,完全可以仅仅建立在“烧火让水蒸气产生了强大推力”所产生的行为动机上。
14世纪,意大利佛罗伦萨城已经有了水驱动动力锤,毛织企业有300多个,工人已多达3万。
15、16世纪,德国已经有马力和水力驱动的抽水机,有了深坑采矿的可能。
只有机械科技发展到了一定地步,人类才有使用蒸汽动力的技术基础。
17世纪末,虽然帕潘已经能制造蒸汽机模型,但当时的机械科技依旧不足以支撑真正高效率的蒸汽机。
经过近100年的发展,瓦特才在前人的基础上,相继发明了分离式冷凝器、汽缸外设置绝热层、用油润滑活塞、行星式齿轮、平行运动连杆机构、离心式调速器、节气阀、压力计等等。
瓦特工业蒸汽机的发明,不仅仅是对蒸汽力量的认识,也不仅仅是对强大气压的认识,更是人类机械技术长达100年的积累。
可以这么说,即便没有发现气压,单单从蒸汽本身的认识上,也足以让早期资本产生扩张的强大需求,令物理学家在蒸汽动力上进行尝试,并最终促使蒸汽机的发明。
所以,马德堡半球实验本身的重要性,单纯在于科普的典型意义。但对物理学家在蒸汽方面的尝试,影响不大。即便连气压都没有发现,也只是会延后蒸汽机的出现,而不是令蒸汽机不能出现。
如果我们假设蒸汽机真的不会被发明出来,又会有什么影响呢?
姑且假定,气压、蒸汽,以及内燃机相关的科技树被焊死了,科技树依旧会有发展的方向。
虽然深刻认识静电是18世纪的事情了,但其实有一定的偶然性。
电的客观存在性,令人们早期认识电可以完全不用依赖太高的科学技术。
没有蒸汽革命的位面上,在某个时间线上总会有富兰克林二号,认识闪电和摩擦电流是一模一样的本质。
也会有法拉第二号,发现电磁感应。
以及特拉斯二号,发明理想的交流电系统。
当电磁理论发展成熟之后,机械技术迟早也会因相关的电磁实验而发展。
通过水力机械这条线,水力交流发电是能自然而然发明的。
当然,没有蒸汽机,会严重影响火力发电的出现,但科技树会往半导体热电机方向前行,并最终彻底解决火力发电的问题。
虽然没有内燃机,会严重影响汽车、飞机、轮船的出现,但纯电力机车,迟早会发明。
总的来说,人类科技可能延后200~500年,跨过蒸汽革命,直接进入电力时代。
但由于没有内燃机,将会严重影响远洋轮船、飞机的出现,会大大影响世界交流和发展。
所以进入电力时代之后,没有内燃机的人类社会,早期发展也会较为缓慢。
但是,只要锂电池、高铁、电力机车、核电等技术达到一定的地步,就会彻底摆脱没有内燃机的束缚了。
总之,科技树是一棵枝繁叶茂的大树,蒸汽机、内燃机都并非科技树的主干,只是粗壮的大型枝干。
大型枝干砍掉,大树初期会受到严重的影响,但大树其他部分却有一定可能会因为“吲哚乙酸(植物生长素)”的变化而快速生长(由于没有蒸汽机、内燃机,进入电力革命后,反而会促使电力更加高度的发展和运用)。
至于大气压的发现,可能影响蒸汽革命这个大枝干,但不至于决定这根枝干的存亡。
马德堡半球实验,只是为枝干起到了催生的作用。
当然,如果没有马德堡半球实验,因为混沌现象,当今世界也会彻底不一样。
马德堡半球实验就是科技史上的一只蝴蝶,且只扇了一次翅膀。
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