ارسطو جمله معروفی دارد: «طبیعت از فضای خالی می ترسد»
وقتی او ادعا کرد که خلأ واقعی، یعنی فضایی که هیچ مادهای در آن نیست، وجود ندارد
زیرا که مواد اطراف سریعاً آن را پر میکند.
خوشبختانه حق با او نبود.
خلأ مهمترین بخش از یک بارومتر است،
وسیلهای که با آن فشار را اندازه میگیرند.
و چون فشار هوا با دما مرتبط است
و تغییرات سریع آن میتواند باعث
ایجاد گردبادها، توفانها و سایر شرایط سخت آب و هوایی شود،
بارومتر یکی از وسایل مهم
برای هواشناسان و دانشمندان است.
اما بارومتر چگونه کار میکند، و چطور اختراع شد؟
خوب، مدت زمانی طول کشید.
بخاطر اینکه تئوری ارسطو و سایر فیلسوفهای عصر کهن
مربوط به عدم امکان خلأ در زندگی روزمره درست به نظر میرسید،
طی ۲۰۰۰ سال خیلی کم این موضوع زیر سؤال رفت ---
تا اینکه ضرورت مسأله را پررنگ کرد.
در ابتدای قرن ۱۷، معدنچیان ایتالیا با مشکل مهمی روبرو شدند
وقتی فهمیدند که پمپ آب را
بیش از ۱۰/۳ متر بالا نمیبرد.
برخی دانشمندان در آن زمان، از جمله گالیله،
بیان کرد که مکش هوا از پمپ باعث میشود تا آب جای خالی را پر کند.
اما نیروی آن محدود بود و نمیتوانست بیش از ۱۰/۳ متر آب را بالا ببرد.
به هر صورت، ایده وجود خلأ
به نظر هنوز بحث برانگیز بود.
و هیجان ناشی از تئوری غیرمعمول گالیله،
منجر شد تا گاسپارو برتی آزمایشی ساده اما هوشمندانه را
برای نمایش امکان وجود خلأ انجام دهد.
لوله بلندی را پر از آب کرد
و در مخزنی سطحی از آن گذاشت که هردو انتهای آن بسته بودند.
سپس انتهای لوله باز شد
و آب از درون لوله به مخزن ریخت
تا سطح آب در لوله به ۱۰/۳ متر رسید.
و بخشی از لوله در بالای آن خالی ماند، و هیچ هوایی وارد لوله نشد،
برتی در ایجاد مستقیم خلأ موفق بود.
اما با وجود اینکه امکان ایجاد خلأ نمایش داده شد،
همه از ایده گالیله راضی نبودند
که این فضای خالی نیرویی مرموز
و محدود را به آب وارد میساخت.
اوانجلیستا توریچلی، دانش آموز و دوس جوان گالیله،
تصمیم گرفت به مسأله از زاویه دیگری نگاه کند.
به جای تمرکز بر فضای خالی لوله،
او از خودش پرسید، «چه چیز دیگری میتواند بر آب تأثیر بگذارد؟»
چون تنها چیزی که با آب در تماس است، هوای اطراف مخزن است،
او اعتقاد داشت که فشار این هوا تنها عاملی است که از
پایین آمدن سطح آب در لوله جلوگیری میکند.
او فهمید که آن آزمایش تنها ابزار ساخت خلأ نبود،
بلکه به عنوان تعادل
بین فشار هوا روی سطح آب در خارج از لوله
و فشار ناشی از ستون آب درون لوله عمل کرد.
سطح آب در لوله آنقدر کاهش مییابد تا فشار دو طرف مساوی شود،
که سبب میشود تا آب در ۱۰/۳ متری بماند.
این ایده به سادگی مورد قبول واقع نشد،
چرا که گالیله و دیگران به طور سنتی فکر میکردند
هوای جو وزنی ندارد و فشاری وارد نمیکند.
توریچلی تصمیم گرفت تا آزمایش برتی را تکرار کند
و بجای آب از جیوه استفاده کرد.
زیرا جیوه چگالی بیشتری دارد، بهتر از آب درک میشود
و ستون جیوه در ۷۶ سانتی متری می ایستد.
نه تنها به توریچلی اجازه داد تا ابزاری جمع و جور بسازد،
ایده او را که وزن فاکتوری مهم است را تأیید میکرد.
تغییری در آزمایش با استفاده از دو لوله اجرا شد که یکی حبابی بزرگ در بالا داشت.
اگر تفسیر گالیله درست میبود، خلأ بزرگتر در لوله دوم
امکان اعمال مکش بیشتر و بالاتر رفتن جیوه میشد.
اما سطح دو لوله یکسان ماند.
تأیید نهایی تئوری توریچلی از بلیز پاسکال بیان شد
او جیوه لوله را به کوه برد
و نشان داد که سطح جیوه افت میکند
وقتی فشار جو با ارتفاع کاهش مییابد.
بارومتر جیوه طبق مدل اولیه توریچلی
یکی از روشهای بسیار معمول برای اندازهگیری فشار هوا تا سال ۲۰۰۷ ماند
تا اینکه محدودیتهایی در استفاده از جیوه به خاطر سمی بودن
منجر شد تا دیگر در اروپا تولید نشود.
هرچند، ابداع توریچلی،
اراده را برای زیرسؤال بردن عقاید متعصبانه
درباره خلأ و وزن هوا ایجاد نمود، که مثالی برجسته از
چگونگی تفکر خارج از محیط بسته ... یا لوله! ...
میتواند اثری مهم داشته باشد.