Існування повітря відомо людині з найдавніших часів. Грецький мислитель Анаксимен, що жив в VI столітті до н.е. вважав повітря основою всіх речей. Разом з тим повітря являє собою щось невловиме, як би нематеріальне - «дух». Стародавні атомісти Демокріт, Епікур і Лукрецій не сумнівалися в матеріальній природі повітря, атоми якого, на їхню думку, мають рухливість і круглою формою. Більш того, вони вважали, що сама душа має атомістичну природу, атоми душі особливо легкі, малі і рухливі. Аристотель, зараховуючи повітря до одним з чотирьох матеріальних елементів, вважав, що повітря має вагу, і навіть думав, що йому вдалося це підтвердити досвідом, зважуючи «порожній» і надутий повітрям міхур. Аристотель вже добре знав всмоктувальне дію розрідженого простору і вивів з цього факту принцип «природа не терпить порожнечі».
Велика кількість пневматичних приладів було винайдено Рероном, який вважав, що повітря складається з частинок, розділених малими порожнечами. Однак існування великих порожнеч він вважав противним природі і цим пояснював всмоктування, дія насосів, сифонів, а також інші явища, нині пояснюється атмосферним тиском.
В епоху раннього середньовіччя уявлення про атмосферу висловив єгипетський вчений Ал Хайсама (Альгазена), що жив в XI столітті. Він не тільки знав, що повітря має вагу, але що щільність повітря зменшується з висотою, і цим зменшенням пояснював атмосферну рефракцію. Спостерігаючи за тривалістю сутінків, Альгазена оцінював висоту атмосфери приблизно в 40 кілометрів. Однак середньовічна Європа повернулася до арістотелівської концепції чотирьох елементів і принципу «острах порожнечі», залишивши надовго вивчення фізичних властивостей повітряного океану.
Першими, хто практично виміряв тиск повітряного океану, були італійські Колодезников. Ось як про цей факт розповідається в «Бесідах» Галілея:
«Я бачив, - каже один зі співрозмовників Сагредо, - одного разу колодязь, в який був поміщений насос для накачування води кимось, хто думав таким чином діставати воду з меншими зусиллями або в більшій кількості, ніж просто відрами. Цей насос мав поршень з верхнім клапаном, так що вода піднімалася всмоктуванням, а не тиском, як то робиться в насосах з нижнім клапаном. Поки колодязь був наповнений водою до певної висоти, насос всмоктував і подавав її прекрасно, але як тільки вода опускалася нижче цього рівня - насос переставав працювати. Помітивши перший раз такий випадок, я подумав, що насос зіпсований, і покликав майстра для ремонту; останній заявив, однак, що все було справно, але що вода опустилася до тієї глибини, з якою вона не може бути піднята насосом вгору, при цьому він додав, що ні насосами, ні іншими машинами, що піднімають воду всмоктуванням, неможливо підняти воду і на волосся вище вісімнадцяти ліктів; чи будуть насоси широкими або вузькими - гранична висота залишається тією ж самою ».
Галілей вважав, що гранична висота водяного стовпа 18 ліктів є мірою «острах порожнечі». «Так як мідь в дев'ять разів важча за воду, то опір розриву мідного стрижня, обумовлене страхом порожнечі, дорівнює вазі двох ліктів стрижня тієї ж товщини», - писав Галілей в «Бесідах».
Іншими словами, «страх порожнечі» (т. Е. Сила атмосферного тиску) врівноважується або вагою водяного стовпа в 10 метрів, або вагою мідного стовпа висотою в 1,12 метра, складаючи, за оцінкою Галілея, близько 1 кілограма на квадратний сантиметр. Таким чином, практики з достатньою точністю оцінили силу атмосферного тиску, і підрахунки Галілея правильні, хоча інтерпретація його спостереження, зробленого італійськими майстрами, носить ще схоластичний характер. Необхідно було зробити подальший крок. Його зробив Торрічеллі.
Еванджеліста Торрічеллі (1608-1647) народився в Фаенца в Італії, в знатній сім'ї. Рано втративши батька, Торрічеллі виховувався своїм дядьком - вченим ченцем, які віддали його в єзуїтську школу.
У вісімнадцять років Торрічеллі відправили в Рим для продовження математичної освіти. У Римі Еванджеліста зблизився з учнем і послідовником Галілея - Бендетто Кастеллі (1577-1644). Кастеллі був домініканським священиком і професором математики. Він рано прилучився до навчання Галілея і став вірним помічником і другом великого вченого.
У 1632 році вийшов знаменитий «Діалог про дві системи світу» Галілея, а в 1638 році було надруковано його останнім і найбільш важливе твір «Бесіда про двох науках». Цей твір зробило сильний вплив на Торрічеллі, і під його враженням він написав твір «Про природному ускорительном русі», в якому розвивав ідеї Галілея.
Рукопис Торрічеллі його вчитель Кастеллі, їдучи з Риму до Венеції, захопив з собою і по дорозі, побувавши у Галілея, познайомив його з нею. Робота Торрічеллі настільки сподобалася Галілею, що він запросив до себе молодого вченого.
Герцог Тосканський запропонував Торрічеллі зайняти посаду Галілея. Торрічеллі погодився і на цій посаді провів залишок свого короткого життя.
Уже в римський період життя Торрічеллі стояв на порозі фундаментального відкриття - відкриття тиску повітряного океану. Однак поки його увагу привертає нова динаміка. У творі «Про природному ускорительном русі», яке було представлено Кастеллі Галілею і видано в розширеному вигляді у Флоренції в 1641 році на італійській мові під назвою «Трактат про рух важких тіл» (латинський переклад трактату в двох книгах вийшов в 1644 році), Торрічеллі розвиває механіку Галілея.
Торрічеллі став першим вченим, які вирішили балістичну завдання про траєкторії кинутого тіла в однорідному полі тяжіння в відсутності опору повітря.
Найбільш чудовим результатом робіт Торрічеллі з механіки є відкриття їм законів витікання рідини з отвору в посудині. Це відкриття, що примикає до досліджень його вчителя Кастеллі, створило йому славу засновника гідравліки.
І, нарешті, Торрічеллі робить найбільше відкриття. Йому приходить в голову думка виміряти вагу атмосфери вагою ртутного стовпа. У 1643 році за його вказівкою експеримент був проведений іншому Торрічеллі Вінченцо Вівіані. Досвід виправдав всі очікування, ртуть зупинилася на заданій висоті, над нею утворилася «торрічелліевой порожнеча».
«. Багато хто стверджує, що порожнечі взагалі не існує; інші ж кажуть, що отримання її можна досягти лише подоланням опору природи і при тому з великими труднощами. Я вважаю, що у всіх випадках, коли при отриманні порожнечі явно виявляється протидія, немає потреби приписувати порожнечі то, що, очевидно, обумовлено зовсім іншою причиною. Кажу так тому, що деякі вчені, бачачи неможливість заперечувати факт протидії, який проявляється, внаслідок тяжкості повітря, при утворенні порожнечі, що не приписують цього опору тиску повітря, а наполегливо стверджують, що сама природа перешкоджає утворенню порожнечі. Ми живемо на дні повітряного океану, і досліди з переконливістю доводять, що повітря має вагу.
Нами було виготовлено багато скляних бульбашок з трубкою завдовжки в два ліктя; ми наповнювали їх ртуттю, притримуючи отвір пальцем; коли потім трубки перекидали в чашку з ртуттю, вони опоражнівается, але лише частково: кожна трубка залишалася наповненою ртуттю до висоти ліктя і одного пальця. Бажаючи довести, що бульбашка (у верхній частині трубки) абсолютно порожній, підставлену чашку доливали водою, і тоді, при поступовому підніманні трубки, можна було бачити, що, як тільки її отвір виявлялося в воді, з трубки виливалася ртуть і весь пухирець, до самого верху, стрімко наповнювався водою. Отже, пухирець порожній, ртуть ж тримається в трубці. До сих пір брали, що сила, що утримує ртуть від природного прагнення опускатися, знаходиться всередині верхньої частини трубки - у вигляді порожнечі або дуже розрідженій матерії. Я не стверджую, що причина лежить поза судини: на поверхню рідини в чашці тисне повітряний стовп заввишки 50x3000 кроків - не дивно, що рідина входить всередину скляної трубки (до якої вона не має ні потягу, ні відштовхування) і піднімається до тих пір, поки не врівноважує зовнішнім повітрям. Вода ж піднімається в подібній, але набагато більш довгій трубці в стільки разів вище, у скільки разів ртуть важча за воду. »
Для повної переконливості Торрічеллі поставив досвід з двома трубками. Він хоче показати, що ртуть не утримується ніякими симпатіями або антипатіями, а форма простору над ртуттю не має ніякого значення і справа тільки в зовнішньому тиску повітря.
«Це міркування, - продовжує він в тому ж листі, - підтвердилося досвідом, поставленим одночасно з двома трубками А і В, в яких ртуть завжди встановлювалася на однаковому горизонті АВ, це цілком надійне вказівку на те, що сила не знаходиться всередині (вакууму) , так як велика сила повинна бути всередині судини АВ, в якому розташовані близько розріджений яке притягує щось, і вона повинна бути багато сильніше через більш повного розрідження, ніж в дуже малому просторі в ».
Торрічеллі вдалося знайти ще більш важливий доказ зовнішньої причини утворення ртутного стовпа. Вчений зауважив, що висота стовпа відчувала коливання, тобто тиск атмосфери змінювалося. Таким чином, трубка Торрічеллі стала першим барометром. Саме з цього досвіду почалося наукове спостереження за погодою, найважливішими характеристиками якої є тиск і температура.
Варто зауважити, що експеримент Торрічеллі був не бездоганний. Дана їм висота ртутного стовпа, якщо взяти до уваги висоту Флоренції над рівнем моря, відповідає 74,2 сантиметрам ртутного стовпа. Мале значення цієї величини, мабуть, можна пояснити тим, що в «торрічелліевой порожнечі» залишалося ще деяку кількість повітря.
Боротьба проти вчення про острах порожнечі не закінчилася досвідом Торрічеллі. Гіпотеза про силах, що утримують ртутний стовп, жила ще довго після смерті Торрічеллі. Знамениті експерименти Паскаля (1623-1662), який довів, що зміна висоти барометра пов'язано з висотою і побудував водяний барометр, підтвердили висновки Торрічеллі. Але тільки винахід повітряного насоса Бойл і Геріке, а також ефективні досліди з демонстрації сили атмосферного тиску, вироблені останнім, остаточно розбили концепцію острах порожнечі. Було остаточно поховано уявлення про повітрі як про якийсь духовне начало. Геріке довів прямим досвідом вагомість повітря, зважуючи відкачаний посудину і посудину з повітрям. Цей досвід привів його до основного висновку: «Повітря безсумнівно є тілесним щось». Таким чином, в науці утвердилося уявлення про те, що повітря є одним з видів матерії, яку можна видалити із займаного нею місця і утворити «порожнечу», «вакуум».