埃萬傑利斯塔·托里拆利

埃萬傑利斯塔·托里拆利（Evangelista Torricelli，又譯托里切利，1608年10月15日－1647年10月25日），義大利物理學兼數學家，以發明氣壓計而聞名。他在正當39歲生日之際，突然病倒，與世長辭。可他在短短的一生中，取得了多方面傑出的成就，贏得了很高的聲譽。

伽利略學說的捍衛者托里拆利出生在義大利華耶查城的富裕的貴族家庭。他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。於是在他二十歲時，伯父將他帶到羅馬，受教於伽利略的學生卡斯德利。卡斯德利是當時遠近聞名的數學家和水利工程師，他在數學領域內很多方面都有卓著的成就，還為水力學創立了科學的基礎。卡斯德利見托里拆利年輕聰慧，十分喜愛，便指派他為自己的私人秘書，在學術上給予他指導。

1642年伽利略逝世后，托里拆利接替伽利略任佛羅倫薩科學院的物理學和數學教授，並被任命為宮廷首席數學家。從此他有錢可以做一些實驗研究，不再像以往那樣只能從事理論探索。後來，托里拆利大大充實了伽利略的《兩門新科學的對話》“第五、六兩天”的內容。

托里拆利在佛羅倫薩生活了五年，直至去世。在這五年多的時間裡，他進行了大量的科學研究，還結識了畫家羅莎，古希臘文明學者達狄和水利工程師阿里蓋提，並受到了上層人物們的普遍敬重。他還應邀在秕糠學會作了12次學術演講，演講題材廣泛，其中有6次是關於物理學方面的。這些講稿在語詞方面均無瑕疵可挑，為常人所不及，是典型的義大利文學作品。他的演講中還充滿著文藝復學時代的那股鬥爭精神，抨擊了那種盡全力維護頑固守舊勢力的天主教思想，多次歡呼伽利略的成就，捍衛伽利略的學說。

托里拆利出生在義大利法恩扎，教皇國的一部分。他像個孤兒被爸爸拋棄丟給叔叔照顧，由他的叔叔從小照顧和教育，他的叔叔，一個名叫卡瑪爾迪斯的和尚，在1624年將年輕的托里拆利送入到耶穌會學院去學習數學和哲學，一直學到1626年。在1627年，托里拆利到羅馬學習科學，師從比薩的羅馬大學數學教授本篤·貝內代托·卡斯特利。

托里拆利深入研究了伽利略的《兩種新科學的對話》這本書。並從書中獲得了有關力學原理的發展的很多啟發。1641年，托里拆利出版了《論重物的運動》一書，企圖對伽利略的動力學定律作出新的自己的結論。卡斯特利在一次拜訪伽利略時，將托里拆利的論著給伽利略看了，還熱情推薦了托里拆利。伽利略看完托里拆利論著之後，表示非常欣賞他的卓越見解，便邀請他前來充當助手。托里拆利來到佛羅倫薩，會見了伽利略，此時伽利略已雙目失明，終日卧在病床上。在他生命的最後三個月中，托里拆利和他的學生擔任了伽利略口述的筆記者，成了伽利略的最後的學生。

除了一些信件以外，很少有資料涉及托里拆利在1632年和1641年幾年間的活動，也即卡斯特利將托里拆利關於拋體運動路徑的論文寄給伽利略的那段時間（此後伽利略被軟禁在他在阿切特里的別墅里）。雖然伽利略立馬邀請託里拆利訪問，但他直到伽利略去世三個月前才應邀前往。訪問期間，他還記錄下了伽利略的《第五日論述》。在伽利略於1642年1月8日逝世后，大公斐迪南二世·德·美第奇請他接任伽利略的數學公爵和比薩大學的數學教授之職。在任期間他解決了當時很多重要的數學問題，如尋找擺線的面積和重心。他還設計和製作許多的望遠鏡和簡單的顯微鏡。

在佛羅倫薩染上傷寒的幾天後，托里拆利去世了，並被安葬在聖洛倫索。為了紀念他，小行星7437被命名為托里拆利。他將所有的遺產留給了他收養的兒子亞歷山大。

托里拆利的首要發明是水銀氣壓計。當時學術界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遺留影響，認為“世間萬物之中除了火和空氣以外均有各自的重量。”並堅持自然界“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，只不過各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，那麼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受不了它本身重量之故，再找不到合理滿意的解釋。

托里拆利堅決贊同伽利略的關於空氣有重量和真空存在的說法。在總結前人理論和實驗的基礎上，托里拆利進行了大量的實驗，實現了真空，驗證了空氣有重量的事實，否定了伽利略的關於真空力的說法。

大約在1641年，一位著名的數學家、天文學家貝爾提曾用一根10米多長的鉛管做成了一個真空實驗。托里拆利受到了這個實驗的啟發，想到用較大密度的海水、蜂蜜、水銀等做實驗。他選用的水銀實驗，取得了最成功的結果。他將一根長度為1米的玻璃管灌滿水銀，然後用手指頂住管口，將其倒插進裝有水銀的水銀槽里，放開手指后，可見管內部頂上的水銀已下落，留出空間來了，而下面的部分則仍充滿水銀。為了進一步證明管中水銀面上部確實是真空，托里拆利又改進了實驗。他在水銀槽中將其水銀面以上直到缸口注滿清水，然後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，同時水猛然向上竄管中，直至管頂。由此可見，原先管內水銀柱以上部分確實是空無所有的空間。之前水銀柱和現在的水柱都不是被什麼真空力所吸引住的，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的力學的最後致命打擊，於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”，並非真空。大家各抒已見，眾說紛壇，引起了一場激烈的爭論。爭論一直持續到帕斯卡的實驗成功證實托里拆利的理論后才逐漸統一起來。

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，於是他提出了可以利用水銀柱高度來測量大氣壓，並於1644年同維維安尼合作，製成了世界上第一具水銀氣壓計。這個發現使他的名望永存，而真空測量的單位托就是用他的名字來命名的。

托里拆利還發現了托里拆利定律，這是一個有關流體從開口流出的流速的定律，即水箱底部小孔液體射出的速度等於重力加速度與液體高度乘積的兩倍的平方根。這後來被證明是伯努利定律的一種特殊情況。

當時，水力學權威卡斯德利認為水流的速度跟孔到水面的距離成正比，且這一見解又得到伽利略的贊同，無人敢懷疑。托里拆利為弄清楚這一道理，認真地做了實驗，進行了仔細的測量。結果發現，從器壁小孔流出的水流的速度不是跟孔到水面的距離成正比，而是跟此距離的平方根成正比。水流初速度v與桶中水面相對於孔口高度差h的關係式為v=A√h（A為常數）。後人稱此式為托氏的射流定律。約在他之後的一個世紀，丹尼爾·伯努利才得出v=√2gh的結果。托里拆利後來又通過實驗證明了從側壁細孔噴出來的水流的軌跡是拋物線形狀。托里拆利的這些發現，為使流體力學成為力學的一個獨立的分支奠定了基礎。

托里拆利是第一個用科學的方式描述風的人，他寫道：“風產生於地球上的兩個地區的溫差和空氣密度差。”

托里拆利也具有很高的數學造詣。他在數學方面最大的貢獻是進一步發展了卡瓦列里的“不可分原理”，幫它走向後來牛頓和萊布尼茲所創立的微積分學。他在《幾何學文集》中提出了許多新定理，如：由直角坐標轉換為圓柱坐標的方法，計算有規則幾何圖形板狀物體重心的定理。還成功地結合力學問題來研究幾何學。例如，他研究了在水平內的一定速度拋出物體所描繪的拋物線上作切線的問題，還研究了物體所描繪的拋物線的包絡線。他曾測定過拋物線弓形內的面積，拋物面內的體積以及解決了其他十分複雜的幾何難題。

托里拆利還將卡瓦列里的不可分原理以通俗易懂的方式寫得頗受廣大讀者歡迎，對不可分原理的普及起了推動作用。