影响世界的重要实验：压缩产生真空

在托里拆利、帕斯卡及其堂兄弟之后，真空成了科学领域最热门的研究主题。为了研究这种现象，科学家们需要效率非常高的气泵才能将玻璃瓶和其他容器中的空气抽出来。这些气泵按照当时的标准称得上是高科技产品——相当于21世纪大型强子对撞机等现代粒子加速器的地位。在17世纪60年代能够获得的最好的气泵，是由英国科学家罗伯特·胡克参与改进而成的，胡克当时是罗伯特·波义耳的助手。波义耳是受到伽利略工作启发的一位科学家，他曾说过，为了研究这个世界，我们要付诸实验，即使实验得出的结果与推论似乎相矛盾。

胡克设计的真空泵是以一个一端封闭的圆柱状玻璃管为基础的，里面有一个可以开口端进出玻璃管的活塞，活塞的一端切割成可以和一个齿轮接合的齿形。绕转手柄推动活塞向上，迫使空气从单向阀流出，再将活塞拉向底部，在管中就产生了一段真空的空间(在伦教的自然科学博物馆有一个胡克真空泵的复制品)当玻璃管通过另一个单向阀与真空泵连接，活塞可以重复上下运动，把越来越多的空气从玻璃管中抽比来。

大约同一时期，胡克也在改进他的真空泵。在17世纪50年代，另一个英国人，理查德·图奈里，在兰开夏郡的彭德尔山上用托里拆利气压计重复了弗罗林·帕瑞的实验。他猜测高海拔的地方之所以会有更低的气压是因为那里的空气更稀薄（密度更小)，并把这一后来被称为托里拆利假说的猜想告诉了波义耳。波义耳对此很感兴趣，让胡克做实验来验证这一猜想。

这些实验中有个最简单的一个不需要使用真空泵实验。胡克使用了一个呈字母J形的玻璃管，上端开口，较短的一端封闭。他将水银倒入玻璃管中灌满底部U形弯曲的那一段(就像厨房水槽的U形弯曲),将J形玻璃管较短一端内残存的空气密封起来。管底部U形弯曲部分两侧的水银液面高度相同意味着管内残存空气的气压和外界的气压相同。但是当越来越多的水银被注入玻璃管，由于额外的重量和压力，密封的空气被压缩在更小的空间。波义耳不擅长计算，但是胡克很擅长，他精确测算了水银的增加量以及残存空气被压缩的体积。密封空气被压缩说明体积与压强成反比，换言之，如果压强加倍，则体积减半；如果压强变成原来的3倍，空气将会被压缩到原来体积的1/3,以此类推。

波义耳和胡克所做的其他实验确实用到了气泵，而且显示了一些现象，例如，当气压减小时，水会在更低的温度下沸腾(这解释了为什么在山顶烹不出好茶)。这是一个很棘手的实验，因为要把一个水银气压计放在一个密封的、内部有水、正在加热的玻璃容器内部，监测当空气被泵出容器时压强的变化。

波义耳的书《关于空气弹性及其物理力学的新实验》出版于1660年，在书中波义耳第一次向世人宣告了这些实验结果，但当时他没有明确指出体积和压强之间的反比关系。这一关系出现在1662年出版的第二版书中，被称为波义耳定律，不过这些实验和定律公式的推导都是胡克完成的。以上这些实验对科学的发展有重要意义，因为这些实验支持了空气是由飞来飞去彼此碰撞的分子和原子组成的这一观点。在实践中这些实验也很重要，因为意识到空气有重量并且可以用活塞压缩产生真空空间，这也是人类发明蒸汽机的基本原理。