О том, что воду в водяном насосе не поднять выше определённой высоты, знали ещё со времён поздней античности, хотя объяснения этому факту не существовало. Было также неясно, что образуется над водой. Пустота? Но, согласно принципам аристотелевой физики, это невозможно: «природа боится пустоты»
Воздух? Непонятно, откуда ему там взяться. В XVII в. к учению Аристотеля стали относиться критически. Ещё в 90-х гг. XVI в. Галилей в своём раннем сочинении по механике «О движении» оспорил утверждение Аристотеля, что пустота невозможна. Она возможна, утверждал Галилей, но стремится исчезнуть и потому обладает определённой силой, — силой пустоты, которая и удерживает столб жидкости в насосе. В 1630 г. генуэзский чиновник и естествоиспытатель-любитель Джамбаттиста Бальяни предложил другое объяснение. Да, утверждал он, над водой образуется вакуум, но жидкость в насосе удерживается не им, а силой атмосферного давления.
Таким образом, имелось, по меньшей мере, три различные точки зрения на то, что же происходит в водяном насосе над поверхностью воды. Последователи Аристотеля (в основном учёные-иезуиты) отрицали существование вакуума. Кто-то из естествоиспытателей поддерживал точку зрения Галилея, на которой он продолжал настаивать; кто-то разделял теорию Бальяни. По традиции спор разрешили экспериментом. Провели его в Риме, вероятнее всего, в 1641 г., когда Галилей был ещё жив, под покровительством Бенедетто Кастелли — одного из самых влиятельных учёных того времени, ученика Галилея. В эксперименте участвовал ещё один ученик Галилея — Винченцо Вивиани. Обо всём происходившем подробно рассказал в 1644 г. Эванджелиста Торричелли (1608— 1647) — бывший, очевидно, автором постановки опыта — в письме к Микеланджело Риччи.
Опыт заключался в том, что заполненную ртутью и запаянную с одного конца трубку опускали в сосуд с ртутью. Подобно воде, ртуть частично выливалась в сосуд, и так же, как в водяном насосе, над её поверхностью возникала пустота. При этом было отмечено, что отношение высоты, на которую поднимается в трубке ртуть, к высоте, на которую поднимается вода, равно отношению плотности воды к плотности ртути и не зависит ни от формы трубки, ни от объёма пустого пространства над поверхностью ртути.
С целью доказать, что над поверхностью ртути действительно образуется пустота, экспериментаторы поместили туда небольшой колокольчик (который приводили в действие магнитом) — его звон был еле слышен.
Нельзя сказать, чтобы результаты опыта убедили всех. Но эксперимент повторяли неоднократно на протяжении всего XVII столетия, и мало-помалу представления о возможности пустоты и об атмосферном давлении овладели умами и стали общепризнанными. «Мы погружены на дно безбрежного моря воздушной стихии, — писал Торричелли, — которая, как известно из неоспоримых опытов, имеет вес».
Об эксперименте узнал знаменитый французский математик, философ и естествоиспытатель, тогда ещё двадцатилетний юноша, Блез Паскаль (1623—1662), разделявший теорию «боязни пустоты». Он начал с опытов с различными жидкостями, думая, что результаты, полученные Торричелли, могут быть связаны с особыми свойствами ртути. Однако постепенно молодой учёный пришёл к выводу, что объяснение Торричелли верно. Но в таком случае, решил он, высота подъёма ртути в трубке должна уменьшаться при подъёме на высокую гору по той же причине, по которой давление под водой увеличивается по мере погружения. Соответствующий опыт провёл Флорен Перье, родственник Паскаля, 19 декабря 1648 г. на горе Пюи-де-Дом. Разница в уровнях на вершине горы и у её подножия превзошла все ожидания — она оказалась равна 84 мм. Окрылённый успехом, Паскаль сам повторил эксперимент в Париже—в знаменитом соборе Нотр-Дам, а затем на башне Сен-Жак и на длинной лестнице одного частного дома. Значение полученных результатов (Паскаль опубликовал их практически немедленно в том же, 1648 г.)
трудно переоценить: правильность теории атмосферного давления решительно подтвердилась. Появилась новая единица измерения — миллиметр ртутного столба, — которой пользуются и по сей день (в международной системе единиц СИ единица давления названа «паскаль» — Па — в честь знаменитого француза). Получили первую оценку массы земной атмосферы. Ну и, наконец, был предложен прибор, с помощью которого атмосферное давление можно измерять, — ртутный барометр (наблюдательный Паскаль сразу заметил, что тот же прибор пригоден и для определения высоты).
Благодаря впечатляющим успехам наука к концу XVII столетия приобрела огромный авторитет в обществе. Новейшие открытия и изобретения стали интенсивно внедряться в хозяйственную жизнь, в создание новых образцов техники. В результате начались глубокие преобразования в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте, коренным образом изменившие экономический уклад общества. Историки назвали этот процесс промышленной революцией.
