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マクデブルク半球は、大気圧の力を実証するために1654年に行われた有名な実験で使用された、縁が合わさった一対の大きな銅製の半球です。縁をグリースで密閉し、空気を抜き取ると、球体は真空状態になり、馬のチームでも引き離すことができませんでした。バルブを開けると、空気が勢いよく流れ込み、半球は簡単に分離できました。マクデブルク半球は、ドイツの科学者でマクデブルク市長であったオットー・フォン・ゲーリケ[ 1 ] が、自身が発明した空気ポンプと大気圧の概念を実証するために考案したものです。
球体の中身については様々な憶測が飛び交った。多くの人は単に空っぽだと考えたが、中には真空の中に空気か、あるいはもっと細かい空気状の物質が入っていると主張する者もいた。音は球体を透過しなかったことから、音は伝わったり感知されたりするために媒体を必要とするが、光はそうではないことが示された。[ 2 ]
数年前にエヴァンジェリスタ・トリチェリによって最初の人工真空が実現され、それがきっかけとなってゲーリケは世界初の真空ポンプを設計した。このポンプはピストンとシリンダー、そして一方向弁で構成されていた。半球状の物体は、空気圧の強さを示す教材として物理学の講義で広く用いられるようになり、現在でも教育現場で使われている。オリジナルの半球状物体はミュンヘンのドイツ博物館に展示されている。
科学的に重要なだけでなく、この実験はマクデブルク市の復興を証明する役割も果たした。マクデブルク市はわずか20年前に マクデブルク略奪（三十年戦争における最悪の残虐行為とされている）に見舞われ、2万人の住民が虐殺され、1648年の戦争終結時にはわずか4000人しか残っていなかった。フォン・ゲーリケは、一流の科学者として、また市の富の回復に尽力した市長として、この実験の両面に深く関わっていた。
直径約 50cm（20インチ）のマクデブルク半球[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]は、ゲーリケが発明した真空ポンプを実証するために設計された。そのうちの1つにはポンプを取り付けるためのチューブ接続部があり、それを閉じるためのバルブが付いていた。半球内部から空気を吸い出し、バルブを閉じると、ポンプからのホースを取り外すことができ、周囲の大気圧によってしっかりと固定された。
半球同士を繋ぎ止める力は、半球間の接合部で囲まれた面積（直径 50 cm の円） に、内側と外側の気圧差を掛けたものに等しかった。ゲーリケのポンプがどの程度の真空度を達成できたかは不明だが、内部の空気をすべて排出できたとすれば、半球同士は約20キロニュートン(4,500 lbf ; 2.2ショートトン重)の力で繋ぎ止められていたはずで、[ 7 ] [ 8 ]車や小型の象を持ち上げる力に相当し、大気圧の劇的なデモンストレーションとなった。
ゲーリケの実演は、1654 年 5 月 8 日、レーゲンスブルクで帝国議会とフェルディナント 3 世皇帝の前で行われた[ 9 ] [ 10 ]。15 頭ずつ 2 組の 30 頭の馬は、空気圧を均等にするために弁が開かれるまで、半球を分離することができなかった。1656 年、彼は市長を務めていた故郷のマクデブルクで 16 頭の馬 (8 頭ずつ 2 組) を使って実演を繰り返した。彼はまた、2 つの球体を用意し、2 つの半球を支柱で吊り下げ、内部の空気を抜いた。次に、球体に重りを巻き付けたが、球体は動かなかった。ガスパール ショットは、著書Mechanica Hydraulico-Pneumatica (1657)でこの実験を初めて活字で記述した。 1663年（あるいは、一部の資料によれば1661年）には、ベルリンでブランデンブルク選帝侯フリードリヒ・ヴィルヘルムの 前で、 24頭の馬を使った同様のデモンストレーションが行われた。
この実験は気圧の原理を説明する人気の方法となり、半球の小型版が多数作られ、今日でも理科の授業で使用されています。1654年のフォン・ゲーリケの実験の再現は、オットー・フォン・ゲーリケ協会によって世界各地で行われています。2000年3月18日には、グレート・トーリントンでバロメーター・ワールドによって16頭の馬を使ったデモンストレーションが行われました。
ダービー出身のジョセフ・ライトによる絵画「空気ポンプを使った鳥の実験」には、小さな半球が2つ描かれており、現在ロンドンのナショナル・ギャラリーに展示されている。
この実験は、ドイツの切手3種類に記念として描かれている。
ロバート・ボイルは、ショットの著書を通してゲーリケのポンプについて知った後、ロバート・フックと協力して改良型空気ポンプを設計・製作した。そして、様々な実験を通して、理想気体の体積は圧力に反比例するという、いわゆるボイルの法則を定式化した。理想気体の法則が正式に定式化されたのは、ずっと後の1834年のことである。
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