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

Translator: Chi Cao Reviewer: Hùng Đỗ

Aristotle famously said, "Nature fears of empty space"

Aristotle có câu nói nổi tiếng rằng, "Thiên nhiên luôn sợ hãi trước chân không"

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

ông tuyên bố rằng chân không, một không gian trống rỗng của vật chất, không thể tồn tại

because the surrounding matter would immediately fill it.

bởi vì các vật chất xung quanh ngay lập tức sẽ lấp đầy nó.

Fortunately, he turned out to be wrong.

May mắn thay, những gì ông ấy khẳng định là sai .

A vacuum is a key component of the barometer,

Chân không là một phần quan trọng của áp kế,

an instrument for measuring air pressure.

đây là thiết bị dùng để đó áp suất khí quyển.

And because air pressure correlates to temperature

Bởi vì áp suất khí quyển tương quan với nhiệt độ

and rapid shifts in it can contribute to

và thay đổi nhanh chóng nên là nguyên nhân chính hình thành nên

hurricanes, tornadoes and other extreme weather events,

các cơn bão, lốc xoáy và những hiện tượng tự nhiên gây thiên tai khác,

a barometer is one of the most essential tools

Áp kế là một trong những dụng cụ vô cùng thiết yếu

for weather forecasters and scientists alike.

cho việc dự báo thời tiết cũng như các mục đích khoa học khác.

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

Ai đã phát minh ra áp kế và nó hoạt động như thế nào?

Well, it took awhile.

Phải mất khá lâu để phát minh ra nó đấy.

Because the theory of Aristotle and other ancient philosophers

Vì lý thuyết của Aristotle và những triết gia khác về việc chân không

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

không thể tồn tại thoạt nhìn có vẻ là đúng đối với cuộc sống hàng ngày của chúng ta,

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

gần 2000 trời không một câu hỏi nghi ngờ nào được đặt ra,

until necessity raised the issue.

cho đến khi vấn đề nảy sinh.

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

Vào đầu thế kỉ 17, nhiều thợ mỏ ở Ý phải đối mặt với một vấn đề nghiêm trọng

when they found that their pumps could not raise water

khi họ thấy rằng các máy bơm của họ không thể bơm nước

more than 10.3 meters high.

lên độ cao hơn 10,3 mét.

Some scientists at the time, including one Galileo Galilei,

Một vài nhà khoa học thời bấy giờ, có cả Galileo Galilei,

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

đề xuất rằng nên hút không khí ra khỏi ống để có thể đẩy cho nước dâng lên và thay thế khoảng trống trong ống.

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

Nhưng mà lực của nó bị hạn chế và không thể bơm nước lên độ cao quá 10,3 mét.

However, the idea of a vacuum existing at all

Tuy nhiên, ý tưởng về việc có sự tồn tại của chân không

was still considered controversial.

vẫn còn là một vấn đề mang tính tranh cãi.

And the excitement over Galileo's unorthodox theory,

Gây hứng thú bởi lý thuyết không chính thống của Galileo,

led Gasparo Berti to conduct a simple but brilliant experiment

Gasparo Berti đã làm một thí nghiệm đơn giản nhưng vô cùng thông minh

to demonstrate that it was possible.

để chứng minh rằng môi trường chân không là có thật.

A long tube was filled with water

Một ống nước dài được chứa đầy nước

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

và được đặt vào một trong bể nước cạn với hai đầu bị kín.

The bottom end of the tube was then opened

Phần đầu dưới của ống sau đó được tháo ra

and water poured out into the basin

để nước trong ống tràn vào bể nước

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

cho đến khi mực nước trong ống dừng lại ở mức 10,3 mét.

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

Với phần rỗng ở phía đầu ống và chưa có không khí lọt vào ống,

Berti had succeeded in directly creating a stable vacuum.

Berti đã thành công trong việc trực tiếp tạo ra một môi trường chân không ổn định.

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

Nhưng dù khả năng tồn tại của chân không đã được chứng minh,

not everyone was satisfied with Galileo's idea

không phải ai cũng hài lòng với ý tưởng của Galileo

that this empty void was exerting some mysterious

rằng khoảng trống rỗng này đã tạo ra

yet finite force on the water.

một lực hữu hạn bí ẩn trên mặt nước.

Evangelista Torricelli, Galileo's young pupil and friend,

Evangelista Torricelli , Học trò của Galileo và một người bạn nữa,

decided to look at the problem from a different angle.

quyết định xem lại vấn đề này từ một góc độ khác.

Instead of focusing on the empty space inside the tube,

Thay vì tập trung vào phần rỗng bên trong ống nước,

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

Ông tự hỏi, "Điều gì khác có thể tác động đến nước đây? "

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

Bởi vì thứ duy nhất tiếp xúc với nước là không khí xung quanh hồ bơi,

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

ông tin rằng áp lực không khí có thể là nguyên nhân duy nhất ngăn cản

the water level in the tube from dropping further.

khiến cho mực nước trong ống xuống thấp hơn.

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

Ông ấy cũng nhận ra rằng thí nghiệm này không chỉ là một cách để tạo ra chân không,

but operated as a balance

nhưng nó còn hoạt động như một sự cân bằng

between the atmospheric pressure on the water outside the tube

giữa áp suất khí quyển trên mặt nước ở bên ngoài ống

and the pressure from the water column inside the tube.

và áp suất từ cột nước bên trong ống

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

Mực nước trong ống giảm cho đến khi hai áp suất được cân bằng,

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

mà điều này chỉ xảy ra được khi mực nước là 10,3 mét .

This idea was not easily accepted,

Ý tưởng này đã không được chấp thuận dễ dàng,

as Galileo and others had traditionally thought

vì Galileo và những nhà khoa học khác đã luôn nghĩ rằng

that atmospheric air has no weight and exerts no pressure.

không khí trong khí quyển không có trọng lượng và không tạo ra bất cứ áp lực nào.

Torricelli decided to repeat Berti's experiment

Torricelli quyết định lặp lại thí nghiệm của Berti

with mercury instead of water.

dùng thủy ngân thay vì nước.

Because mercury was denser, it fell farther than the water

Vì thủy ngân đặc hơn nước, nó rơi xa hơn so với nước

and the mercury column stood only about 76 centimeters tall.

và cột thủy ngân này chỉ dài khoảng 76 cm.

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

Điều này không chỉ cho phép Torricelli làm thí nghiệm với dụng cụ nhỏ gọn hơn,

it supported his idea that weight was the deciding factor.

nó củng cố ý tưởng của ông ấy rằng trọng lượng là yếu tố quyết định.

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

Một biến thể của thí nghiệm được sử dụng hai ống, trong đó một ống có bong bóng lớn ở đầu ống.

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

Nếu giải thích của Galileo là chính xác , môi trường chân không lớn hơn ở trong ống thứ hai

should have exerted more suction and lifted the mercury higher.

nên đã gây lực hút lớn hơn và đẩy thủy ngân lên cao hơn.

But the level in both tubes was the same.

Nhưng mực thủy ngân trong hai ống là như nhau.

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

Và cuối cùng, lý thuyết của Torricelli được ủng hộ thông qua Blaise Pascal

who had such a mercury tube taken up a mountain

người đã từng đưa một ống thủy ngân như vậy lên núi

and showed that the mercury level dropped

và chứng minh rằng mực thủy ngân đã giảm

as the atmospheric pressure decreased with altitude.

giống như áp suất khí quyển giảm dần khi lên cao.

Mercury barometers based on Torricelli's original model

Thủy ngân kế dựa trên mô hình ban đầu của Torricelli

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

là một trong những cách phổ biến nhất để đo áp suất khí quyển cho đến tận năm 2007

when restrictions on the use of mercury due to its toxicity

khi việc sử dụng thủy ngân bị cấm do độc tính của nó

led to them no longer being produced in Europe.

dẫn đến thủy ngân không còn được sản xuất tại Châu Âu.

Nevertheless, Torricelli's invention,

Mặc dù vậy, phát minh của Torricelli

born of the willingness to question long accepted dogmas

là phát minh đi ngược lại những điều mà từ lâu mọi nhà khoa học mặc nhiên cho là đúng

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

về chân không và trọng lực của không khí.

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

Đây là ví dụ điển hình của việc suy nghĩ một cách sáng tạo

can have a heavy impact.

có thể mang lại sự khác biệt vô cùng lớn.