Torricelli und Pascal und die bahnbrechende "Erfindung" des Luftdrucks
Nun, genaugenommen kann eine physikalische Größe ja nicht erfunden werden, sie ist einfach da. Aber wir Menschen, nehmen den Luftdruck nicht direkt bzw. deutlich wahr. Somit dauerte es auch eine recht lange Zeit bis wir der atmosphärischen intensiven Zustandsgröße gewahr wurden.
Zwar gab es bereits in der Antike erste Theorien, aber erst mit den der bahnbrechenden Entwicklung der notwendigen technischen Gerätschaften und dem Entsinnen von geeigneten, scharfsinnigen Experimenten war es möglich die Existenz und das Wesen des Luftdrucks zweifelsfrei nachweisen zu können.
Zwei sonore Namen sind mit dieser – nennen wir es auch – Entdeckung des Luftdrucks verbunden, wobei den Personen, die diese Namen führten, auch die Ehre zuteilwurde als Paten für die Bezeichnung von Maßeinheiten des (Luft-)druckes. Konkret handelt es sich natürlich um die zwei schon in der Artikelüberschrift angegebenen.
Dank Ihnen konnte die Meteorologie ab der Mitte des 17. Jahrhunderts erst richtig durchstarten und die Wissenschaft, die die Vorgänge in der Lufthülle behandelt, wurde zunehmend auf eine physikalisch-mathematisch fundierte Basis gestellt. Gerade die Luftdruckunterschiede bestimmen den Wind, mit dem wiederum unterschiedlich temperierte Luftmassen in die verschiedenen Regionen geführt werden und somit Temperaturunterschiede ausgleichen.
Evangelista Torricelli - Erfinder des Quecksilberbarometers
Am Anfang der neuzeitlichen Luftdruck-Entdeckung steht die Erfindung des Quecksilberbarometers durch den italienischen Mathematiker und Physiker Evangelista Torricelli (1608-1647). Er war auf der Suche nach einem Instrument, dass den Wechsle der Luft darstellt, die einmal schwerer und dichter und ein andermal leichter und dünner ist.
Mit seinem Assistent Vigenzo Viciani füllte er zwei dünne Glasrohre randvoll mit dem bei Raumtemperatur flüssigem Quecksilber, wobei ein Glasrohr am Ende eine hohle Glaskugel besaß. Anschließend verdeckten sie die Öffnungen mit ihren Fingern, drehten die Glasrohre um und tauchten die Öffnungen in eine mit Quecksilber gefüllte Schale, wo sie ihre Finger von den Öffnungen entfernten. Das Quecksilber in den Rohren floss zwar in die Schalen ab, aber nur teilweise.
In jeder Glasröhre bleib eine Quecksilbersäule von etwa 76 cm Höhe stehen. Im Bereich oberhalb der Quecksilbersäule entstand damit ein Vakuum. Allerdings zeigt sich – durch die unterschiedlichen Formen – beim einen Rohr mit der Hohlkugel war das Vakuumvolumen größer -, dass das Vakuum an sich keinen Einfluss auf die Quecksilbersäule haben kann. Damit musste die einzige Kraft, die die Quecksilbersäule am vollkommenen Ausfließen hinderte und sie bei einer Höhe von etwa 76 cm hielt, von außen über die Quecksilberschale wirken. Nach Torricelli konnte das nur das Gewicht der Luft sein, das auf das Quecksilber der Schale und damit auf die Quecksilbersäule wirkte. Er hatte damit die Existenz des Luftdrucks – der ja die Gewichtskraft der Luftdrucksäule über einem Ort darstellt – nachgewiesen.
Happy Birthday Evangelista Torricelli! 17th C physicist & mathematician whose experiments led to the invention of the mercury barometer. pic.twitter.com/EB7htHWUNE
— Science Museum (@sciencemuseum) October 15, 2016
Bei weiteren Experimenten beobachtete er zudem, dass sich die Höhe der Quecksilbersäule mit der Zeit etwas ändert und zwar zumeist in der Art, das nach einem Absinken zumeist eine Wetterverschlechterung folgte. Später hat man aufgrund seiner Verdienste als man die Einheit des Luftdrucks noch in mm Quecksilber (also in der Höhe der Quecksilbersäule) maß, diese Einheit auch Torr (nach eben Torriccelli) bezeichnet und teilweise findet man dies auch noch auf alten Barometern bzw. isst in der Medizin den Blutdruck noch in mmHg oder auch Torr.
Blaise Pascal – praktische Erforschung des Luftdrucks am Puy de Dôme
Bei der zweiten hier näher gewürdigten Person handelt es sich um den französischen Naturforscher und Philosophen Blaise Pascal (1623-1662). Er wies nach, dass es sich beim Luftdruck an einem Ort wirklich um das Gewicht bzw. die Gewichtskraft der Luft über diesem Ort handelt. Sein Gedanke war folgender: Wenn man auf einen Berg steigt, dann nimmt ja die Luftsäule, die über einem liegt ab. Dadurch muss auch das Gewicht der Luft über einem und damit der Luftdruck über einem abnehmen. Jetzt war Blaise Pascal aber ein gesundheitlich etwas labiler Zeitgenosse und in Paris, wo er lebte, sind größere Erhebungen, sprich Berge, selten. Allerdings hatte er einen Schwager (Florin Périer), der im Zentralmassiv, in der Nähe des 1465 Meter hohen Vulkans Puy de Dôme lebte. Ihn beauftragte Pascal nun mit einem Quecksilberbarometer in der Hand den Berg (am 19. September 1648) zu besteigen und die Höhe der Quecksilbersäule zu beobachten. Es zeigte sich wirklich, dass die Höhe der Quecksilbersäule beim Aufstieg, mit also zunehmender Höhe, abnahm.
Zu Ehren von diesem richtungsweisenden Versuch wurde dann auch bei der internationalen Generalkonferenz für Maße und Gewichte im Jahr 1971 festgelegt, dass die Maßeinheit des (Luft-)drucks Pascal (Pa) sein soll, wobei wegen den üblich vorkommenden Werten der Luftdruck zumeist in Hektopascal (hPa), also in Einheiten von Hundert Pascal angeben wird.
Zwar gab es auch andere scharfsinnige Wissenschaftler, die sich um die Entdeckung oder Erfindung des Luftdrucks verdient gemacht haben - es sei hier nur an den Magdeburger Physiker und Politiker Otto von Guericke und sein berühmtes Experiment, mit den sogenannten Magdeburgern Halbkugeln, erinnert -, aber das würde sicherlich den Rahmen des Artikels sprengen. Somit belassen wir es vorerst bei Torricelli und Pascal und der Autor hofft, dass beim nächsten Blick auf ein Barometer oder eine Wetterkarte der werte Leser kurz der beiden Herren und ihren genialen Erfindungen und Versuchen gedenkt. Denn Ehre, wem Ehre gebührt.