Luftens flygtige bestanddele III.

Typisk for Galileis intuitive begavelse var en opdagelse, han gjorde en dag, da han sad i kirken og så en lysekrone svinge i forskellige buer som følge af trækken. Ved at sammenligne udsvingene med sin egen puls kunne han fastslå, at uanset buens størrelse ville lysekronen bruge den samme tid på et sving. Siden kontrollerede han sine observationer ved forsøg. Han anbragte to ens penduler med kugler på en snor og bragte dem i svingninger i forskellige buer, hvorved han fik bekræftet, at svingningerne brugte den samme tid. Han havde opdaget pendulets egenskaber, som andre udnyttede til at fremstille de første præcise ure.

Hele Galileis liv var kendetegnet ved en sådan indsigt. Da han erfarede, at en hollænder havde opfundet en kikkert, konstruerede han straks en selv. Han vendte den mod himmelhvælvet og opdagede, at Mælkevejen bestod af utallige stjerner. Han så, at Månen havde bjerge og beregnede deres højde ud fra deres skygger, ligesom han konstaterede, at Jupiter havde fire egne måner. Han opdagede pletter på Solens overflade, ved hvis hjælp han beviste, at Solen roterede om sin egen akse en gang hver 27. dag.

Galileis forskellige undersøgelser konfronterede ham hyppigt med mysteriet om luftens natur, især under hans studier af faldende legemer. Selv om det ikke er korrekt, at Galilei afprøvede legemers fald ved at lade en lille og en stor jernkugle falde ned fra Det skæve Tårn i Pisa  det var der en anden, der gjorde  foretog han studier af acceleration. Undersøgelsen var en del af hans uophørlige, lidenskabelige angreb på den aristoteliske verdensopfattelse.

Aristoteles hævdede, at en genstands hastighed afhang af dens vægt, idet en sten på 5 pund formodedes at falde fem gange så hurtigt som en på et pund osv. Galilei kuldkastede denne teori, idet han gennem matematiske beviser og bekræftende forsøg beviste, at alle legemer principielt falder med samme hastighed uanset deres vægt. For at forklare, hvorfor en fjer alligevel svæver blidt til jorden, mens en sten styrter ned, fremsatte Galilei teorien om, at selve luften yder modstand under faldet.

Måske opmuntret heraf fortsatte Galilei med at gøre sig overvejelser omkring andre af luftens egenskaber. Han udførte forsøg for at fastslå, om dens evne til at modstå bevægelse betød, at den havde en målelig substans. Han lod en stor, smalhalset glasflaske udstyre med en ventil, »gennem hvilken«, som han skrev, »jeg pressede en stor luftmængde ind i flasken«. Omhyggeligt vejede han derefter flasken, som nu indeholdt »to eller tre gange mere end normalt«, hvorefter han slap den sammenpressede luft ud igen og vejede flasken på ny. Ud fra sådanne forsøg konstaterede han, at luft virkelig vejer noget. Efter hans beregninger var den 460 gange lettere end vand. (Moderne undersøgelser har vist, at den ved havoverfladen er 816 gange lettere.)

Aristoteles havde også været aldeles ubøjelig omkring et andet spørgsmål vedrørende luften. Eksistensen af et vakuum, et lufttomt rum, erklærede han var en umulighed, fordi naturen modsatte sig tomrum. Lige så typisk indtog Galilei det modsatte synspunkt. Han udførte et forsøg, hvor to plane, blanke glasplader blev anbragt så tæt sammen, at de kun kunne adskilles ved at lade den ene glide tværs over den anden. For ham beviste det, at forsøgene på at adskille pladerne skabte et vakuum imellem dem, og at dette vakuum holdt dem sammen. Men de ortodokse fysikere, der fortolkede det samme forsøg i henhold til Aristoteles' forskrifter, svarede, at naturen tvang pladerne sammen for at undgå dannelsen af et vakuum.

Galileis næste træk var en indretning, der trak en lufttæt træprop væk fra vandet i en tykvægget glascylinder. Mellem proppen og vandet var der ganske tydeligt et rum, som måtte være lufttomt. Herved blev der drevet en ny kile ind i de aristoteliske ideer.

Den ubestridelige eksistens af et vakuum, som de færreste europæere troede på, førte til en ny opdagelse omkring luftens natur. Galilei levede dog ikke længe nok til at kunne opleve det. Ud fra pumpemekanikken vidste han, at datidens enkle sugepumper, som man troede fungerede, fordi naturen, der afskyede lufttomme rum, sugede vandet op for at forhindre dannelsen af et sådant, under ingen omstændigheder kunne hæve brøndvand mere end 10 m. Det fortælles, at Galilei ironisk bemærkede: »Naturen synes ikke at afsky et vakuum over 10 meters højde,« men han fremkom ikke med nogen tilfredsstillende forklaring herpå. Han forkastede selvfølgelig Aristoteles' forklaring om, at naturen brugte vandet til at forhindre dannelsen af et vakuum. Han vidste, at der kunne findes lufttomme rum. Men generelt for Galileis forestillinger om vakuum var, at han mente, at det udøvede et træk, som sugede vandet opefter. Han troede, at vakuumets kraft på en eller anden måde var begrænset til 10 m, og at vandets vægt i en søjle derover simpelt hen ville få den til at bryde sammen.

I slutningen af 1634 rejste han spørgsmålet om 10metergrænsen over for sin nye assistent, den 33årige Evangelista Torricelli, der allerede var en fremtrædende matematiker og fysiker inden for sit felt. I 14 år havde Torricelli samarbejdet med to af Galileis mest markante elever, og på deres anbefaling blev han ansat for at bistå mesteren selv ved en ny videnskabelig afhandling. Men kun tre måneder efter Torricellis ankomst til Galileis villa i Firenze blev deres lovende videnskabelige partnerskab afbrudt ved Galileis død i en alder af 77 år. Da Torricelli forberedte sig på at forlade hoffet i Toscana, udnævnte storhertug Ferdinando 2. ham til Galileis efterfølger som hofmatematiker og filosof.

Torricelli fortsatte med at fundere over problemet med vandsøjlen på 10 m. For at forenkle det uhåndterlige apparat til studiet heraf, hvor en gruppe fysikere fra Rom havde anvendt rør, der var fastgjort til fleretagede bygninger, kom han i tanker om Galileis hypotese om, at højden af en væskesøjle var omvendt proportional med væskens vægt. Han gjorde forsøg med tungere væsker som f.eks. havvand, honning og kviksølv, som gjorde væskesøjlen mindre, så han kunne bruge kortere rør. Endelig lod han så i 1644 sin laboratorieassistent Vincenzo Viviani fremstille et 1 m langt glasrør, som var stærkt nok til at kunne rumme en søjle af det flydende kviksølv, som vejer 14 gange så meget som vand. Efter Torricellis anvisninger fyldte han røret med kviksølv og lukkede dets ende med sin finger. Dernæst vendte han røret på hovedet og dykkede den åbne ende ned i en beholder med kviksølv, før han fjernede sin finger. Kviksølvsøjlen sank, indtil den nåede en højde af ca. 75 cm og efterlod et tomrum øverst oppe i røret. De havde opfundet barometret.

Det virkelige særkende ved Torricellis genialitet var ikke selve forsøget, som blot var en variation af en tidligere fremgangsmåde. Det var dets udlægning. Han konkluderede, at væskesøjlen ikke blev trukket op af vakuumet, men blev drevet frem af atmosfærens vægt, som trykkede på kviksølvet i beholderen, men ikke på væsken i søjlen. Torricelli gik videre og anvendte apparatet til at »vise forandringerne i luften, som snart var tungere og mere grov, snart lettere og mere fin«, eller trykændringerne. For at bevise, at søjlen snarere blev understøttet af vægten eller trykket fra luften udenfor end af Galileis »vakuumkraft«, fremstillede Viviani et tilsvarende rør, hvis ene ende blev tillukket af en stor, hul kolbe, som kunne frembringe et endnu større, ifølge Galileis tankegang stærkere, vakuum. Når dette rør blev fyldt og vendt om, sank kviksølvet ned til nøjagtigt det oprindelige niveau, »et næsten sikkert bevis på, at kraften ikke er indeni«, som Torricelli skrev. Han kom frem til en såre enkel og evigtgyldig konklusion: »Vi lever neddykkede på bunden af et hav af almindelig luft, som man ud fra ubestridelige forsøg ved har vægt.«

Torricelli blev imidlertid dybt skuffet på et afgørende punkt. »Jeg har ikke været i stand til ved hjælp af instrumentet at kunne konstatere, hvornår luften er grovere og tungere, og hvornår den er fin og let, fordi overfladen er meget følsom over for varme og kulde,« meddelte han en kollega. Historikere formoder, at vakuumet blev forurenet af vanddamp, hvis reaktion på temperatursvingninger måske slørede trykforandringer.

Torricelli beskrev sin opfindelse i et brev til en ven, men undlod klogelig at offentliggøre den, antagelig af frygt for at irritere inkvisitionens teologer, der 11 år forinden havde tvunget Galilei til at tilbagekalde sine uortodokse meninger om solsystemet. I 1644 holdt den dogmatiske katolicisme fast ved Aristoteles' lære, og selve begrebet vakuum blev anset for at være blasfemisk. Disse synspunkter var imidlertid knap så fremherskende uden for Italien. Flere franskmænd havde overværet Torricellis demonstrationer af vakuumapparatet, og deres beretninger herom tilskyndede til tilsvarende forsøg i udlandet.