В первой половине XVII века еще не было известно, что воздух с большой силой давит на земную поверхность. Действие воздушного насоса оставалось непонятым.
Даже проницательный ум Галилея остановился перед задачей правильно объяснить действие этой давно известной машины. Галилей как будто остался на почве аристотелевской физики, полагая, что вода поднимается вслед за поршнем насоса, так как природа «боится пустоты». Однако великий ученый уже указал, что эта «боязнь» проявляется лишь до высоты около 32,8 фута, или 10 метров, так как водяной столб не поднимается выше.
Такое ограничение «боязни» природы определенной высотой уже наводило на мысль, что поднятие воды насосом подчинено какому-то физическому закону.
Наконец, Торричелли открыто заявил, что «боязнь пустоты» — чистейший абсурд, хотя этот смелый отказ от мнения Аристотеля мог возбудить против него опасное в Италии недовольство представителей официальной науки.
Торричелли утверждал, что вода в насосе поднимается давлением воздуха. Чтобы проверить справедливость этого предположения, он решил сделать опыты с другими жидкостями: если оно справедливо, то высота столба жидкости должна быть обратно пропорциональна ее удельному весу.
Для первого опыта была выбрана очень тяжелая жидкость — ртуть, в 13,6 раза более плотная, чем вода.
Наполнив ртутью запаянную с одного конца стеклянную трубку и зажав открытый конец ее пальцем, Торричелли погрузил его в чашку с этой жидкостью. Ртутный столб в трубке, опустившись до высоты 28 дюймов (711 миллиметров), остановился. Над ним же осталось не заполненная ртутью пустота.
Высота столба ртути оказалась во столько раз меньше высоты водяного столба, во сколько ртуть тяжелее воды. Из наблюдения следовало, что водяной и ртутный столбы поддерживаются одинаковым давлением на единицу поверхности жидкости, которое могло быть приписано только давлению атмосферы.
Из подобных опытов, повторенных затем в различных вариантах, Торричелли вывел следствие: жидкость удерживается на такой высоте, чтобы давление ее было равно тому, которое производит столб ртути высотой 28 дюймов.
Это открытие сделало ясным, что «боязнь пустоты» — нелепость: наблюдаемое явление объясняется давлением воздуха на поверхность жидкости в чашке; однако давление воздуха, существование которого было известно еще в древности, не учитывалось до тех пор физиками.
Когда Паскаль узнал об опыте с ртутью, сделанном Торричелли, он заинтересовался этим опытом.
Паскаль в то время еще не отошел от аристотелианских взглядов. Ему хотелось самому на собственном опыте убедиться, справедливы ли они.
Если ртуть поддерживается давлением атмосферы, думал он, то на высокой горе столб ртути должен быть ниже, потому что толща воздуха над ее вершиной меньше, чем над равниной у ее подошвы.
Сделать эту проверку Паскаль попросил своего родственника, жившего в Клермоне, неподалеку от горы Пюи-де-Дом. Опыт показал, что по мере восхождения на гору ртутный барометр действительно медленно снижался. Когда же наблюдатель поднялся на высоту 4300 футов (около 1310 метров), то столб ртути упал больше чем на 3 дюйма (77 миллиметров).
Это наблюдение убедило Паскаля в правильности воззрений Торричелли, и он тотчас же отказался от аристотелианской «боязни пустоты».
«Легко понять, — писал Паскаль после этого опыта, — что у подножия горы воздух оказывает большее давление, чем на вершине ее, меж тем как нет никаких оснований предполагать, чтобы природа испытывала большую боязнь пустоты внизу, чем вверху».
Паскаль объяснил давлением воздуха многие явления, казавшиеся до того непонятными, например присасывание, действие медицинских банок и т. п. Опыт с поднятием на гору навел Паскаля на мысль, что по давлению атмосферы можно определять высоту места над уровнем моря. Нужно было только найти зависимость между поднятием и изменением давления.
Различным давлением воздуха в соседних местностях объяснилось происхождение ветра.
Торричелли первый указал, что в теплые дни из церквей дует холодный ветер. «Находящийся в больших зданиях воздух, — писал он, — в это время значительно прохладнее и тяжелее, чем окружающий воздух. Поэтому он вытекает из двери подобно тому, как вытекала бы заключенная в здании вода, если бы внезапно устроили в стене его отверстие».
Интересуясь давлением атмосферы, Торричелли не касался прямо вопроса, волновавшего физиков того времени, — может ли в природе существовать «пустота».