The history of the barometer (and how it works) - Asaf Bar-Yosef

Translator: Ali Hosseini Reviewer: soheila Jafari

Aristotle famously said, "Nature fears of empty space"

ارسطو جمله معروفی دارد: «طبیعت از فضای خالی می ترسد»

when he claimed that a true vacuum, a space devoid of matter, could not exist

وقتی او ادعا کرد که خلأ واقعی، یعنی فضایی که هیچ ماده‌ای در آن نیست، وجود ندارد

because the surrounding matter would immediately fill it.

زیرا که مواد اطراف سریعاً آن را پر می‌کند.

Fortunately, he turned out to be wrong.

خوشبختانه حق با او نبود.

A vacuum is a key component of the barometer,

خلأ مهمترین بخش از یک بارومتر است،

an instrument for measuring air pressure.

وسیله‌ای که با آن فشار را اندازه می‌گیرند.

And because air pressure correlates to temperature

و چون فشار هوا با دما مرتبط است

and rapid shifts in it can contribute to

و تغییرات سریع آن می‌تواند باعث

hurricanes, tornadoes and other extreme weather events,

ایجاد گردبادها، توفان‌ها و سایر شرایط سخت آب و هوایی شود،

a barometer is one of the most essential tools

بارومتر یکی از وسایل مهم

for weather forecasters and scientists alike.

برای هواشناسان و دانشمندان است.

How does a barometer work, and how was it invented?

اما بارومتر چگونه کار می‌کند، و چطور اختراع شد؟

Well, it took awhile.

خوب، مدت زمانی طول کشید.

Because the theory of Aristotle and other ancient philosophers

بخاطر اینکه تئوری ارسطو و سایر فیلسوف‌های عصر کهن

regarding the impossibility of a vacuum seemed to hold true in everyday life,

مربوط به عدم امکان خلأ در زندگی روزمره درست به نظر می‌رسید،

few seriously thought to question it for nearly 2,000 years --

طی ۲۰۰۰ سال خیلی کم این موضوع زیر سؤال رفت ---

until necessity raised the issue.

تا اینکه ضرورت مسأله را پررنگ کرد.

In the early 17th century, Italian miners faced a serious problem

در ابتدای قرن ۱۷، معدن‌چیان ایتالیا با مشکل مهمی روبرو شدند

when they found that their pumps could not raise water

وقتی فهمیدند که پمپ آب را

more than 10.3 meters high.

بیش از ۱۰/۳ متر بالا نمی‌برد.

Some scientists at the time, including one Galileo Galilei,

برخی دانشمندان در آن زمان، از جمله گالیله،

proposed that sucking air out of the pipe was what made water rise to replace the void.

بیان کرد که مکش هوا از پمپ باعث می‌شود تا آب جای خالی را پر کند.

But that its force was limited and could lift no more than 10.3 meters of water.

اما نیروی آن محدود بود و نمی‌توانست بیش از ۱۰/۳ متر آب را بالا ببرد.

However, the idea of a vacuum existing at all

به هر صورت، ایده وجود خلأ

was still considered controversial.

به نظر هنوز بحث برانگیز بود.

And the excitement over Galileo's unorthodox theory,

و هیجان ناشی از تئوری غیرمعمول گالیله،

led Gasparo Berti to conduct a simple but brilliant experiment

منجر شد تا گاسپارو برتی آزمایشی ساده اما هوشمندانه را

to demonstrate that it was possible.

برای نمایش امکان وجود خلأ انجام دهد.

A long tube was filled with water

لوله بلندی را پر از آب کرد

and placed standing in a shallow pool with both ends plugged.

و در مخزنی سطحی از آن گذاشت که هردو انتهای آن بسته بودند.

The bottom end of the tube was then opened

سپس انتهای لوله باز شد

and water poured out into the basin

و آب از درون لوله به مخزن ریخت

until the level of the water remaining in the tube was 10.3 meters.

تا سطح آب در لوله به ۱۰/۳ متر رسید.

With a gap remaining at the top, and no air having entered the tube,

و بخشی از لوله در بالای آن خالی ماند، و هیچ هوایی وارد لوله نشد،

Berti had succeeded in directly creating a stable vacuum.

برتی در ایجاد مستقیم خلأ موفق بود.

But even though the possibility of a vacuum had been demonstrated,

اما با وجود اینکه امکان ایجاد خلأ نمایش داده شد،

not everyone was satisfied with Galileo's idea

همه از ایده گالیله راضی نبودند

that this empty void was exerting some mysterious

که این فضای خالی نیرویی مرموز

yet finite force on the water.

و محدود را به آب وارد می‌ساخت.

Evangelista Torricelli, Galileo's young pupil and friend,

اوانجلیستا توریچلی، دانش آموز و دوس جوان گالیله،

decided to look at the problem from a different angle.

تصمیم گرفت به مسأله از زاویه دیگری نگاه کند.

Instead of focusing on the empty space inside the tube,

به جای تمرکز بر فضای خالی لوله،

he asked himself, "What else could be influencing the water?"

او از خودش پرسید، «چه چیز دیگری می‌تواند بر آب تأثیر بگذارد؟»

Because the only thing in contact with the water was the air surrounding the pool,

چون تنها چیزی که با آب در تماس است، هوای اطراف مخزن است،

he believed the pressure from this air could be the only thing preventing

او اعتقاد داشت که فشار این هوا تنها عاملی است که از

the water level in the tube from dropping further.

پایین آمدن سطح آب در لوله جلوگیری می‌کند.

He realized that the experiment was not only a tool to create a vacuum,

او فهمید که آن آزمایش تنها ابزار ساخت خلأ نبود،

but operated as a balance

بلکه به عنوان تعادل

between the atmospheric pressure on the water outside the tube

بین فشار هوا روی سطح آب در خارج از لوله

and the pressure from the water column inside the tube.

و فشار ناشی از ستون آب درون لوله عمل کرد.

The water level in the tube decreases until the two pressures are equal,

سطح آب در لوله آنقدر کاهش می‌یابد تا فشار دو طرف مساوی شود،

which just happens to be when the water is at 10.3 meters.

که سبب می‌شود تا آب در ۱۰/۳ متری بماند.

This idea was not easily accepted,

این ایده به سادگی مورد قبول واقع نشد،

as Galileo and others had traditionally thought

چرا که گالیله و دیگران به طور سنتی فکر می‌کردند

that atmospheric air has no weight and exerts no pressure.

هوای جو وزنی ندارد و فشاری وارد نمی‌کند.

Torricelli decided to repeat Berti's experiment

توریچلی تصمیم گرفت تا آزمایش برتی را تکرار کند

with mercury instead of water.

و بجای آب از جیوه استفاده کرد.

Because mercury was denser, it fell farther than the water

زیرا جیوه چگالی بیشتری دارد، بهتر از آب درک می‌شود

and the mercury column stood only about 76 centimeters tall.

و ستون جیوه در ۷۶ سانتی متری می ایستد.

Not only did this allow Torricelli to make the instrument much more compact,

نه تنها به توریچلی اجازه داد تا ابزاری جمع و جور بسازد،

it supported his idea that weight was the deciding factor.

ایده او را که وزن فاکتوری مهم است را تأیید می‌کرد.

A variation on the experiment used two tubes with one having a large bubble at the top.

تغییری در آزمایش با استفاده از دو لوله اجرا شد که یکی حبابی بزرگ در بالا داشت.

If Galileo's interpretation had been correct, the bigger vacuum in the second tube

اگر تفسیر گالیله درست می‌بود، خلأ بزرگتر در لوله دوم

should have exerted more suction and lifted the mercury higher.

امکان اعمال مکش بیشتر و بالاتر رفتن جیوه می‌شد.

But the level in both tubes was the same.

اما سطح دو لوله یکسان ماند.

The ultimate support for Torricelli's theory came via Blaise Pascal

تأیید نهایی تئوری توریچلی از بلیز پاسکال بیان شد

who had such a mercury tube taken up a mountain

او جیوه لوله را به کوه برد

and showed that the mercury level dropped

و نشان داد که سطح جیوه افت می‌کند

as the atmospheric pressure decreased with altitude.

وقتی فشار جو با ارتفاع کاهش می‌یابد.

Mercury barometers based on Torricelli's original model

بارومتر جیوه طبق مدل اولیه توریچلی

remained one of the most common ways to measure atmospheric pressure until 2007

یکی از روش‌های بسیار معمول برای اندازه‌گیری فشار هوا تا سال ۲۰۰۷ ماند

when restrictions on the use of mercury due to its toxicity

تا اینکه محدودیت‌هایی در استفاده از جیوه به خاطر سمی بودن

led to them no longer being produced in Europe.

منجر شد تا دیگر در اروپا تولید نشود.

Nevertheless, Torricelli's invention,

هرچند، ابداع توریچلی،

born of the willingness to question long accepted dogmas

اراده را برای زیرسؤال بردن عقاید متعصبانه

about vacuums and the weight of air, is an outstanding example

درباره خلأ و وزن هوا ایجاد نمود، که مثالی برجسته از

of how thinking outside of the box -- or the tube --

چگونگی تفکر خارج از محیط بسته ... یا لوله! ...

can have a heavy impact.

می‌تواند اثری مهم داشته باشد.