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

翻訳: Moe Shoji 校正: Tomoyuki Suzuki

Aristotle famously said, "Nature fears of empty space"

アリストテレスの有名な言葉に 「自然は真空を厭う」があります

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

彼は真空 つまり物質のない空間は 存在し得ないと言いました

because the surrounding matter would immediately fill it.

周囲の物質が直ちに 埋めてしまうためです

Fortunately, he turned out to be wrong.

幸い これは間違いであることが わかりました

A vacuum is a key component of the barometer,

真空の空間は気圧計に 重要な部分であり

an instrument for measuring air pressure.

気圧計は気圧を測るための装置です

And because air pressure correlates to temperature

気圧は気温と関係があり

and rapid shifts in it can contribute to

急速な変化があれば

hurricanes, tornadoes and other extreme weather events,

暴風雨や竜巻などの 極度の悪天候の原因になりえるため

a barometer is one of the most essential tools

気圧計は気象予報士や

for weather forecasters and scientists alike.

科学者にとって 必要不可欠な道具のひとつなのです

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

気圧計はどのように機能し どうやって生み出されたのでしょう？

Well, it took awhile.

実は 長い時間がかかりました

Because the theory of Aristotle and other ancient philosophers

アリストテレスなどの 古代哲学者の説による

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

真空の不可能性が 日々の生活において正しく思えたため

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

２千年近くもの間 疑問を呈する者はほぼいませんでしたが

until necessity raised the issue.

あるとき 考える必要が生じました

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

17世紀初頭にイタリアの鉱夫は 深刻な問題に直面します

when they found that their pumps could not raise water

ポンプで水をくみ上げようとしても

more than 10.3 meters high.

10.3メートル以上 上がらないのです

Some scientists at the time, including one Galileo Galilei,

かのガリレオ・ガリレイを含む 当時の科学者は

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

パイプから空気を抜けば 空間を埋めようと 水が引き上げられるとの考えを提唱しました

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

しかし その力には限界があり 10.3メートル以上は上がらないのです

However, the idea of a vacuum existing at all

しかし 真空が存在するという 考え方そのものが

was still considered controversial.

いまだに議論を呼んでいました

And the excitement over Galileo's unorthodox theory,

因習にとらわれない ガリレオの説をめぐる騒ぎに触発され

led Gasparo Berti to conduct a simple but brilliant experiment

ガスパロ・ベルティは シンプルかつ素晴らしい実験で

to demonstrate that it was possible.

真空が可能であることを 示しました

A long tube was filled with water

水で満たされた長い試験管を

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

両端を塞いだままで 浅い水槽に立てて置きます

The bottom end of the tube was then opened

それから 試験管の下側の栓を開けると

and water poured out into the basin

水は水槽へと流れ出ますが

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

管の中の水の高さが 10.3メートルのところで止まります

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

管の上部に残された空間があり しかも 空気が管に入っていないことから

Berti had succeeded in directly creating a stable vacuum.

ベルティは安定した真空状態を 直接的な方法で作ることに成功したのです

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

しかし 真空の存在の可能性が 示されたところで

not everyone was satisfied with Galileo's idea

ガリレオの唱えた考え―

that this empty void was exerting some mysterious

この空虚な空間が水に対して 謎めいた有限な力を

yet finite force on the water.

及ぼしていると 誰もが信じたわけではありません

Evangelista Torricelli, Galileo's young pupil and friend,

エヴァンジェリスタ・トリチェリという ガリレオの若き弟子であり友人が

decided to look at the problem from a different angle.

別の視点から この問題に取り組むことにしました

Instead of focusing on the empty space inside the tube,

管の中にある 空虚な空間に注目するのでなく

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

彼は「他に何が水に影響を 及ぼしているだろう」と考えました

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

水に接しているのは その周りにある空気だけなので

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

管の中の水位が それ以上 下がらないようにしているのは

the water level in the tube from dropping further.

この空気による圧力だと考えたのです

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

彼はこの実験が 真空を生み出しただけでなく

but operated as a balance

天秤として働いて

between the atmospheric pressure on the water outside the tube

管の外にある水が受ける 大気圧と

and the pressure from the water column inside the tube.

管の中の水柱による圧力との間の 平衡を保っていると気付きました

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

管の中の水位は ２つの圧力が 等しくなるところまで下がり

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

それがたまたま 10.3メートルだったのです

This idea was not easily accepted,

この考えは容易には 受け入れられませんでした

as Galileo and others had traditionally thought

というのも ガリレオらは 伝統的に

that atmospheric air has no weight and exerts no pressure.

大気に重さはなく 圧力も及ぼさないと考えていたからです

Torricelli decided to repeat Berti's experiment

トリチェリはベルティの実験を

with mercury instead of water.

水ではなく水銀を用いて 行うことにしました

Because mercury was denser, it fell farther than the water

水銀の方が密度が高いため 水よりもずっと下まで下がり

and the mercury column stood only about 76 centimeters tall.

管に残った水銀は たった76センチでした

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

これによって トリチェリは 装置を小型化できただけでなく

it supported his idea that weight was the deciding factor.

重さが決定的要因であるという 彼の考えが裏付けられました

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

別の実験では２本の管を用い １本は先が球状のものを用いました

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

ガリレオの解釈が正しければ 球のある試験管のより大きな真空は

should have exerted more suction and lifted the mercury higher.

吸入力がより強く 水銀をより高い位置に保つはずです

But the level in both tubes was the same.

しかし どちらの水銀も 高さは同じでした

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

トリチェリの説を究極的に裏付けたのは ブレーズ・パスカルでした

who had such a mercury tube taken up a mountain

彼は水銀の入った試験管を 山へと持って行き

and showed that the mercury level dropped

標高が上がって 気圧が下がるにつれ

as the atmospheric pressure decreased with altitude.

水銀の高さが下がることを示しました

Mercury barometers based on Torricelli's original model

トリチェリのモデルに基づいた 水銀気圧計は

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

最も一般的な気圧測定法でしたが 2007年に

when restrictions on the use of mercury due to its toxicity

その有毒性から 水銀の使用が制限されると

led to them no longer being produced in Europe.

ヨーロッパではこの気圧計は 製造されなくなりました

Nevertheless, Torricelli's invention,

しかし トリチェリの発明は

born of the willingness to question long accepted dogmas

真空と空気の重さについて 長い間正しいとされてきた定説を

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

疑問に付したために生まれたもので

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

これは既存の枠組みに― いや既存の管にとらわれないことが

can have a heavy impact.

大きな影響を持ちうると示しています