История науки: природа терпит пустоту

15 октября 1608 года родился итальянский физик и математик Эванджелиста Торричелли.

Семья Эванджелисты была небогата, однако его родители смогли отправить мальчика к дяде, который, будучи монахом, мог дать ему хорошее образование. Торричелли учился в иезуитском колледже, потом в Риме. Проявив блестящие способности, юноша стал учеником Бенедетто Кастелли – преподавателя математики в Римском университете Ла Сапиенца и, в свою очередь, ученика и соратника Галилея. Эванджелиста стал секретарем Кастелли, заменяя его на занятиях на время поездок. Известно, что в этом качестве Торричелли переписывался с Галилеем, когда Кастелли не было в Риме. В одном из писем он рассказал Галилею, которым восхищался, о своем увлечении математикой и астрономией. Суд над Галилеем в 1633 году сильно повлиял на Торричелли, и он стал уделять больше внимания безопасной с политической точки зрения математике.

Однако общение с Галилеем на этом не прекратилось. Одна из работ Торричелли, Opera geometrica («Труды по геометрии»), настолько впечатлила Кастелли, что тот отослал копию Галилею и порекомендовал ему своего секретаря в качестве ассистента. Ученый согласился, и Торричелли прослужил у него несколько месяцев вплоть до смерти Галилея в январе 1642 года. После этого печального события Торричелли некоторое время преподавал математику и продолжал научные исследования.

В своей математической работе Торричелли опирался на идеи другого ученика Кастелли, Бонавентуры Кавальери. Много внимания ученый уделял геометрическим проблемам, вычислению площадей фигур. Интересовался он и оптикой (сконструировал несколько телескопов и несложных микроскопов), и механикой (принципами движения тел, вопросами из области баллистики).

Однако наибольшую известность Торричелли принесли опыты и теоретические работы, связанные с открытием атмосферного давления. Этой областью Торричелли заинтересовался с подачи Галилея и достиг в ней значительных успехов. В своем знаменитом опыте Торричелли использовал ртуть, запаянную с одного конца стеклянную трубку и чашу. Наполнив трубку ртутью, ученый перевернул ее и поставил открытым концом в посуду, наполненную той же жидкостью. При этом часть ртути вытекла, оставив вверху трубки незаполненное пространство (в опыте жидкость заполняла трубку примерно на 76 сантиметров). Это противоречило существовавшим с античности представлениям о том, что «природа не терпит пустоты». За опытом последовало и объяснение: сила тяжести, действующая на жидкость в трубке, уравновешивается давлением воздуха на ртуть в открытой чаше.

С помощью своего опыта Торричелли экспериментальным путем открыл атмосферное давление — давление атмосферы на все находящиеся в ней предметы и земную поверхность. В 1644 году в письме математику Микеланджело Риччи он написал: «Мы живем на дне воздушного океана».

Величина атмосферного давления зависит не только от погодных условий, но и от высоты места измерения над уровнем моря и его географической широты. В качестве нормального атмосферного давления принято давление воздуха на уровне моря на широте 45° и при температуре 0°С. Оно составляет 760 миллиметров ртутного столба — те самые 76 сантиметров трубки Торричелли.

Описания опыта быстро распространились по Европе, увековечив имя ученого в названиях: трубка Торричелли, Торричеллиева пустота, а также торр — единица измерения давления.

Опыт также послужил основой для создания нового прибора — ртутного барометра. Однако он был довольно неудобен в использовании и в быту быстро сменился барометром-анероидом, в котором не использовалась жидкость. Действие барометра-анероида основано на использовании металлической коробки с тонкими стенками, внутри которой создано разряжение. В зависимости от атмосферного давления стенки коробки могут изгибаться, изменяя объем коробки и положение прикрепленной к ним пружины, которая в итоге двигает стрелку барометра. Впрочем, ртутные барометры благодаря своей точности продолжают использоваться в научных целях (например, на метеостанциях).