托里拆利是伽利略的學生,他延續著伽利略敢于否定權威和追求真理的精神。在將亞里士多德學說奉若神明的年代里,他運用實驗的方法,大膽否定了真空沒有重量等結論,帶來了科學的曙光。
托里拆利生活在17世紀的意大利。當時,亞里士多德的許多科學觀點被奉為經典,沒有人懷疑或去加以否定,而托里拆利運用實驗的方法,大膽地否定了有關真空沒有重量等結論,帶來了科學的曙光。
托里拆利從小就受到了良好的數學教育。在十七八歲時,卓越的數學才能已初露鋒芒。1641年,托里拆利出版了《論重物的運動》一書,對伽利略的動力學定律作出新的結論。伽利略看完托里拆利的論著之后,非常欣賞他的見解,便邀請他為自己當助手。托里拆利來到佛羅倫薩拜訪了伽利略,此時伽利略已雙目失明,臥病在床。在他生命的最后三個月中,托里拆利和維維安尼擔任了伽利略口述的記錄者,成了伽利略最后的學生。
當時人們對空氣是否有重量和真空是否可能存在的問題還認識不清,主要是受亞里士多德思想的影響,亞里士多德認為“世間萬物之中除了火和空氣以外均有各自的重量”,并堅持自然界“害怕真空”的說法。伽利略對此說法表示懷疑,他說:“我們不能相信亞里士多德所說的那樣,僅僅認為某物是輕的,某物是重的,而應當認識到所有的物體都有其各自的重量,只不過有重量大小不同和質地疏密之分而已。”“如果人們憑感覺和理解都還不能認識到真空的存在,那么憑感覺和理解又如何能否認真空的存在呢?”伽利略曾發現,抽水機在工作時,不能把水抽到10米以上的高度,他把這一現象歸結為水柱承受不了它本身的重量,但找不到合理的解釋。
托里拆利贊同伽利略關于空氣有重量和真空存在的說法,并在總結前人理論和實驗的基礎上,進行了大量的實驗,證明了真空存在,也驗證了空氣有重量的事實。
大約在1641年,著名的數學家、天文學家貝爾提曾用一根10多米長的鉛管做了一個真空實驗。托里拆利受到了這個實驗的啟發,想到用密度較大的海水、蜂蜜、水銀等做實驗。他用水銀所做的實驗取得了成功。在這個實驗中,他將一根長度為1米的玻璃管灌滿水銀,然后用手指頂住管口,將其倒插進裝有水銀的水銀槽里,松開手指后,可見管內最上端的水銀下降,留出了一段空間,而下面的部分則仍充滿水銀。為了進一步證明管中水銀柱上面確實是真空,托里拆利又改進了實驗。他在水銀槽中將水銀面以上直到缸口注滿清水,然后把玻璃管緩緩地向上提起,當玻璃管管口提高到水銀和水的界面以上時,管中的水銀便很快地瀉出來了,同時水猛然竄向管中,直至管頂。由此可見,原先管內水銀柱以上部分確實存在一段空間。原先的水銀柱和現在的水柱都不是被什么真空力所吸引住的,而是被管外水銀面上的空氣重量所產生的壓力托住的。
托里拆利的實驗是對亞里士多德力學的致命打擊,于是有些人便妄圖否定托里拆利的研究成果,提出玻璃管上端內充有“純凈的空氣”,并非真空。大家各抒己見,引起了一場激烈的爭論。直到帕斯卡的實驗成功證實托里拆利的理論后,人們的觀點才逐漸統一起來。
托里拆利在實驗中還發現不管玻璃管長度如何,也不管玻璃管傾斜程度如何,管內水銀柱的垂直高度總是76厘米,于是他提出了可以利用水銀柱高度來測量大氣壓的方法,并于1644年同維維安尼合作,制成了世界上第一支水銀氣壓計。