伽利略之謎:伽利略與不是伽利略發明的伽利略溫度計

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「伽利略溫度計」。

天氣變涼,房間一角的伽利略溫度計,近日終於有動靜了。這種溫度計在現代都市,只是家居擺設,不是精確的量度儀器。溫度計外有玻璃粗管,粗管內注有酒精,酒精裡有 5 個小玻璃球,每個球各掛著刻有溫度的小銅牌,即攝氏 26 度、24 度、22 度、20 度和 18 度。如果氣溫比玻璃球銅牌所寫的溫度低,這個球就會浮起,升至玻璃管的頂部。例如氣溫是攝氏 21 度時,就有 3 個小球升到頂端。最後浮起的小球銅牌溫度,就是溫度計感應到的氣溫了。這種溫度計的運作原理是如何呢?簡而言之,就是溫度升高之後,小球內的酒精密度下降,到密度比外面的酒精低時,就會浮起。

Accademia del Cimento 所使用的各式測溫儀。 圖片來源:伽利略博物館 museogalileo.it

雖然坊間商店都說這是「伽利略溫度計(Galileo thermometer)」,但伽利略發明的溫度計卻並非如此。據伽利略學生 Benedetto Castelli 的書信記載,伽利略在 1602 至 1606 年間於大學任教授時,曾以球形玻璃器皿連接細長玻璃管,再將玻璃管末端插進染色水中,水因張力而在管內升高。伽利略手握長管末端的玻璃球,因手暖,球內空氣溫度微微上升,使玻璃細管另一端的水往下降。之後,伽利略放手,球內空氣降溫,水就微微往上升。伽利略據這次觀察之所得,發明出氣溫計(Thermoscope)。這是現代溫度計的雛型。這種氣溫計並非密封,氣壓變化會影響氣溫的測量數據,後來學者改良其構造,將玻璃管密封,抽除管內空氣,以水銀代酒精。在這種玻璃管外畫上刻度之後,今時今日常見的溫度計就製成了。

現在常見的「伽利略溫度計」,其實是由塔斯卡尼大公,斐迪南二世·德·麥地奇(Ferdinando II de’ Medici)所發明。除了支持及贊助伽利略的研究之外,斐迪南二世本人亦為氣溫及氣壓的測量儀器所著迷,苦心研學一番之後,在 17 世紀中期發明出這種溫度計,稱之為酒精溫度計(Spirit thermometer),後亦有人稱之為斐迪南溫度計。而斐迪南二世的弟弟 Leopoldo de’ Medici 也是同道中人,後來在佛羅倫斯成立學院 Accademia del Cimento,請來各地同道一起研究測量儀器。而斐迪南二世發明酒精溫度計時的文獻紀錄,也保存於學院內。而這款溫度計,就成了今天的「伽利略溫度計」。由於它的數據不夠精確,早就不再用於科學研究,卻成為玻璃工藝品,今人多數買來做家居擺設。

溫度計面世之後,寒與熱,再不只是由人感受,而是以溫度計「感應」出來的數據作標準。溫度計雖已經過多番改良,由大變小,由水銀柱或酒精柱變成電子數字。而日常使用的電器,也往往以溫度數字代替「強」、「弱」之類字眼。不過,數字看似精確,事實卻不是如此:每一部冷氣機自稱的 25 度,各有冷暖。焗爐的 220 度,或會比食譜所寫的 220 度熱得多。冷與熱,最終還是要由人親自感受。