汲酒器是中国古代用来汲取酒水的一种器具,最早出现在战国时期。目前,出土的汲酒器设计多为一体铸造,内部形成空腔,上部和底部有小孔,孔径大小基本一致。汲酒器利用了大气压原理,具有汲取和移动水、酒等液体的功能。其操作十分简单,将汲酒器竖直插入酒中,酒从下边的小孔进入容器内,空气则由上方的小孔排出来。如果用拇指压住上边的小孔,将汲酒器提起来,其内的酒不会滴落;松开拇指,容器内的酒则会流出来。
党的二十大报告明确提出“加大文物和文化遗产保护力度,加强城乡建设中历史文化保护传承”“深化文明交流互鉴,推动中华文化更好走向世界”,为做好新时代文物工作指明了路径、提供了根本遵循。笔者认为,利用中国科技馆科学实验表演宣传科技文物,具有独特的优势,不仅有利于科学与艺术、文化融合,还可以更有效地让科技文物活起来。
中国古代汲酒器造型美观,且原理简单易懂,通过复制还原这些精美的文物,既可以向公众很好地解释大气压强的原理,彰显中国古人智慧,又可以将其转化为文创产品,让公众感受中华文化的独特魅力。经调研梳理,国内博物馆收藏展示的比较有代表性的汲酒器主要有以下三件。
枣庄市博物馆藏附鸟罍形器 2009年出土于山东省枣庄市峄城区徐楼村的一座东周墓葬,据考证,其墓葬年代应不晚于公元前576年。附鸟罍形器顶部鸟身与器底正中各有一圆孔,两个圆孔垂直相对,可以实现汲取和移动液体的功能。
淄博市博物馆藏竹节柄铜汲酒器 1992年出土于山东省淄博市临淄区商王村战国一号墓,根据考古发掘简报记载,其墓葬年代应在公元前266至前221年。竹节柄铜汲酒器是一件竹管状长柄,下接平底、中空、形如荷蕾的球形器。柄外表为四节竹节形,上、下各装饰了一圈箍状纹,柄端封闭并装饰有龙首衔环。球形器的外表装饰有含苞待放的荷纹,荷瓣凸出,具有很强的立体感。在龙首之下第二竹节处有一长方孔,球形器底部中央有一圆孔,两孔相互贯通,空气可以顺畅流通。
南京博物院藏错金银鸟首汲酒器 2009年出土于江苏省盱眙县的西汉江都王刘非的王陵,它不仅造型奇特,用法也很特别。这个汲酒器主体是一根圆筒子,顶部有一只小鸟,下部是一个小壶。顶端的小鸟背部有孔,连通中间中空的柄身,直到下端的小壶的孔。取酒时,先把汲酒器沉在酒中,酒从下面小壶的孔进入,按住鸟背上的孔,酒就不会流出来。倒酒的时候,松开大拇指,酒会从下面小壶的孔里流出来。这是利用气压差的作用,倒酒量完全可以通过大拇指控制。
值得一提的是,这几件中国古人利用大气压强原理设计的珍贵文物,比“马德堡半球”实验早了大约两千年。1654年, 德国物理学家、政治家奥托·冯·格里克为了证明大气压的存在,进行了一次规模宏大的演示实验。在实验现场,人们看到一个直径约37厘米的铜球(后人称为“马德堡半球”)。这个铜球是由格里克和他的助手制作的两个空心半球组合而成,其边缘能密合在一起。在里面的空气被抽出,气嘴上的开关被拧死的情况下,周围的大气把两个半球紧紧压在一起。格里克各把4匹马的缰绳分别系在两个半球的柄上,让马夫沿着相反的方向驱赶这两队马。马儿使出了全力,也没有把两个半球拉开。于是格里克又命令,两边再各增加4匹马。这样,在16匹马全力拉动的情况下,两个紧闭的半球才勉强被拉开。两个半球被拉开的瞬间,由于外面的空气快速冲入球内,发出了巨大的声响。观众们非常震惊,纷纷被这种科学的神奇力量所叹服。格里克让两队马向相反的方向拉铜球,以活泼直观的形式再现了托里拆利气体研究的科研成果,可以说是科研成果科普化的成功尝试。该实验因格里克当时是马德堡市长而被称为“马德堡半球”实验。实验中的两个半球现被保存在德国慕尼黑的德意志博物馆。“马德堡半球”现在也成为科普场馆的经典展品和大气压实验的常见道具。
其实,大气压和我们的生活密切相关,伴随我们终生。我们吸气的时候,总是扩张胸腔,使肺里的气压降低,外面的大气压力就把空气压进体内。在我们的日常生活中,还有很多事情靠大气压力帮忙。比如,用吸管喝饮料、用高压锅蒸煮东西等。
人们可以在没有重力或者微重力的情况下工作和生活。比如,神舟飞船的航天员已经成功“上九天揽月”。今年3月23日下午,神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站为全国青少年进行“太空授课”。王亚平的一头长发全部向上,是因为飞船内没有了重力,只有头皮的支持力,所以她的头发呈发射状向上。
人们不可以在没有大气压力的情况下工作和生活。载人的宇宙飞船必须有密封座舱,座舱内需要保持一定的大气压力,一般略微低于一个大气压。2019年热映的电影《中国机长》,讲述了飞机在9800米高空巡航状态下,驾驶舱风挡玻璃破碎,民航英雄克服大气压骤降等困难,驾驶飞机安全着陆的故事。正常情况下,客机机舱内的大气压会被控制在接近地面的状态。万米高空的大气压仅是地面的1/4左右。因此,风挡玻璃破碎会带来机舱内外巨大的压力差,机舱内的气体快速地从破损处泄露,人也可能会被吸出舱外。
中国科技馆馆藏的“天和核心舱”结构验证件,不仅为弘扬载人航天精神提供了一手的科技实物,也为开展大气压强实验提供了新思路,方便引导公众感悟人类为什么离不开大气压。学习大气压的相关知识能够帮助我们解释生活中的一些日常现象,而汲酒器是中国古代先民智慧的结晶,通过还原模拟汲酒器并进行辅助科学实验表演,不仅便于我们学习和理解大气压强的相关知识,更能增强我们的文化自信。