اوانجلیستا توریچلی

اوانجلیستا توریچلی   (۱۵ اکتبر ۱۶۰۸۲۵ اکتبر ۱۶۴۷) یک فیزیک‌دان و ریاضی‌دان ایتالیایی و از شاگردان بندتو کاستلی بود. او بیشتر برای اختراع فشارسنج شناخته می‌شود، اما همچنین به خاطر پیشرفت‌هایش در نورشناسی و کار بر روی اصلِ کاوالیری نیز شهرت دارد. یکای تور در فشارسنجی به افتخار او نام‌گذاری شده است.

 زندگی 
 اوایل 
توریچلی در ۱۵ اکتبر ۱۶۰۸ در رم متولد شد، او نخستین فرزند گاسپاره روبرتی و جاکوما توریچلی بود. خانواده او اهل فائنتسا در استان راونا بودند که در آن زمان بخشی از ایالات پاپی محسوب می‌شد. پدرش کارگر نساجی بود و خانواده‌اش بسیار فقیر بودند. والدینش با مشاهده استعدادهای او، وی را برای تحصیل به فائنتسا فرستادند تا تحت سرپرستی عمویش، جاکومو (جیمز) که یک راهب کامالدولی بود، قرار گیرد. عمویش ابتدا اطمینان حاصل کرد که برادرزاده‌اش تحصیلات پایه‌ای مناسبی دریافت کند. سپس در سال ۱۶۲۴، توریچلی جوان را به یک کالج یسوعی، احتمالاً در خود فائنتسا، فرستاد تا تا سال ۱۶۲۶ به تحصیل ریاضیات و فلسفه بپردازد؛ در آن زمان پدرش، گاسپاره، درگذشته بود. سپس عمویش توریچلی را به رم فرستاد تا تحت نظر راهب بندیکتی، بندتو کاستلی، استاد ریاضیات در کالج دلا ساپینتزا (که اکنون با نام دانشگاه ساپینزای رم شناخته می‌شود) به تحصیل علم بپردازد. کاستلی از شاگردان گالیلئو گالیله بود. «بندتو کاستلی بر روی آب جاری آزمایشاتی انجام داد (۱۶۲۸)، و پاپ اوربان هشتم مسئولیت پروژه‌های هیدرولیکی را به او سپرده بود.» هیچ مدرک واقعی مبنی بر ثبت‌نام توریچلی در دانشگاه وجود ندارد. تقریباً مسلم است که توریچلی توسط کاستلی آموزش دیده است. در مقابل، او از سال ۱۶۲۶ تا ۱۶۳۲ به عنوان منشی برای کاستلی در یک توافق خصوصی کار می‌کرد. به همین دلیل، توریچلی در معرض آزمایش‌هایی قرار گرفت که توسط پاپ اوربان هشتم تأمین مالی می‌شد. توریچلی در دوران زندگی در رم، شاگرد ریاضی‌دان بوناونتورا کاوالیری نیز شد و با او دوستی عمیقی برقرار کرد. در رم بود که توریچلی با دو شاگرد دیگر کاستلی، رافائلو ماجوتی و آنتونیو نالدی نیز دوست شد. گالیله با محبت از توریچلی، ماجوتی و نالدی به عنوان «سه‌گانه» خود در رم یاد می‌کرد.Favaro, Antonio, ed. (1890–1909). Opere di Galileo Galilei. Edizione Nazionale. Vol. XVIII (in Italian). Florence: Barbera. p. 359.

 دوران حرفه‌ای 
در سال ۱۶۳۲، اندکی پس از انتشار کتاب گفتگو در باب دو نظام عمده عالم اثر گالیله، توریچلی در نامه‌ای به گالیله نوشت که آن را «با لذت … کسی که پیش از این با جدیت تمام هندسه را تمرین کرده … و بطلمیوس را مطالعه کرده و تقریباً همه آثار تیکو براهه، کپلر و لونگومنتانوس را دیده و سرانجام، با توجه به هماهنگی‌های بسیار، به کوپرنیک پیوسته و در حرفه و فرقه، یک گالیله‌ای بود» خوانده است. (واتیکان در ژوئن ۱۶۳۳ گالیله را محکوم کرد، و این تنها مناسبت شناخته‌شده‌ای بود که توریچلی آشکارا خود را معتقد به دیدگاه کوپرنیکی اعلام کرد)

به جز چندین نامه، اطلاعات کمی از فعالیت‌های توریچلی در سال‌های بین ۱۶۳۲ و ۱۶۴۱ در دست است، تا زمانی که کاستلی رساله توریچلی در مورد مسیر پرتابه‌ها را برای گالیله، که در آن زمان در ویلای خود در آرچتری تحت حبس خانگی بود، فرستاد. اگرچه گالیله بی‌درنگ توریچلی را برای ملاقات دعوت کرد، اما توریچلی این دعوت را تا سه ماه قبل از مرگ گالیله نپذیرفت. دلیل این امر مرگ مادر توریچلی، کاترینا آنجتی بود. «(این) معاشرت کوتاه با ریاضی‌دان بزرگ، توریچلی را قادر ساخت تا گفتگوی پنجم را تحت هدایت شخصی نویسنده‌اش به پایان برساند؛ این اثر توسط ویویانی، یکی دیگر از شاگردان گالیله، در سال ۱۶۷۴ منتشر شد.» پس از مرگ گالیله در ۸ ژانویه ۱۶۴۲، دوک بزرگ فردیناندو دوم مدیچی از توریچلی خواست تا به عنوان ریاضی‌دان دوک بزرگ و استاد ریاضیات در دانشگاه پیزا جانشین گالیله شود. درست قبل از این انتصاب، توریچلی به دلیل اینکه دیگر چیزی برایش در فلورانس باقی نمانده بود، به فکر بازگشت به رم بود، جایی که فشارسنج را اختراع کرده بود. در این نقش جدید، او برخی از مسائل بزرگ ریاضی آن زمان، مانند یافتن مساحت و مرکز ثقل یک چرخ‌زاد (سیکلوئید) را حل کرد. در نتیجه این مطالعه، او کتاب Opera Geometrica (آثار هندسی) را نوشت که در آن مشاهدات خود را شرح داد. این کتاب در سال ۱۶۴۴ منتشر شد.

اطلاعات کمی در مورد کارهای توریچلی در زمینه هندسه وجود داشت زمانی که او این مقام افتخاری را پذیرفت، اما پس از انتشار Opera Geometrica دو سال بعد، او در این رشته بسیار مورد احترام قرار گرفت. «او به اپتیک علاقه‌مند بود و روشی را ابداع کرد که به وسیله آن می‌شد لنزهای میکروسکوپی از شیشه ساخت که به راحتی در یک چراغ ذوب می‌شدند.» در نتیجه، او تعدادی تلسکوپ و میکروسکوپ ساده طراحی و ساخت؛ چندین لنز بزرگ که نام او بر روی آن‌ها حک شده است، هنوز در فلورانس نگهداری می‌شوند. در ۱۱ ژوئن ۱۶۴۴، او در نامه‌ای مشهور به میکل‌آنجلو ریچی نوشت:

با این حال، کار او بر روی چرخ‌زاد او را درگیر یک مناقشه با ژیل دو روبروال کرد، که او را به سرقت علمی از راه‌حل قبلی خود برای مسئله تربیع آن متهم کرد. اگرچه به نظر می‌رسد توریچلی به‌طور مستقل به راه‌حل خود رسیده بود، اما این موضوع تا زمان مرگش همچنان مورد بحث بود.

 درگذشت 
توریچلی بر اثر تب، به احتمال زیاد حصبه، در فلورانس در ۲۵ اکتبر ۱۶۴۷، ۱۰ روز پس از تولد ۳۹ سالگی‌اش، درگذشت و در کلیسای سن لورنتسو به خاک سپرده شد. او تمام دارایی‌های خود را برای پسرخوانده‌اش، آلساندرو، به ارث گذاشت. «جزوات او در مورد جامدات کروی، تماس‌ها و بخش عمده‌ای از قضایا و مسائل گوناگونی که پس از مرگ توریچلی توسط ویویانی گردآوری شد، به آن دوره اولیه تعلق دارند. این کارهای اولیه بسیار مدیون مطالعه آثار کلاسیک است.» شصت و هشت سال پس از مرگ توریچلی، نبوغ او همچنان معاصرانش را شگفت‌زده می‌کرد، همان‌طور که در آناگرام زیر صفحه عنوان کتاب Lezioni accademiche d'Evangelista Torricelli (درس‌گفتارهای آکادمیک اوانجلیستا توریچلی) که در سال ۱۷۱۵ منتشر شد، مشهود است: En virescit Galileus alter، به معنای «اینجا گالیله‌ای دیگر شکوفا می‌شود.»

 افتخارات 
در فائنتسا، تندیسی از توریچلی در سال ۱۸۶۸ به پاس قدردانی از تمام کارهایی که توریچلی در طول عمر کوتاه خود برای پیشرفت علم انجام داده بود، ساخته شد.

سیارک 7437 Torricelli و یک دهانه بر روی ماه به افتخار او نام‌گذاری شده‌اند.

رشته‌کوه رشته‌کوه توریچلی در گینه نو نام او را بر خود دارد.

در سال ۱۸۳۰، گیاه‌شناس آگوستن پیراموس دو کاندول، Torricellia را منتشر کرد که یک سرده از گیاهان گلدار آسیایی متعلق به خانواده Torricelliaceae است. این گیاهان به افتخar اوانجلیستا توریچلی نام‌گذاری شدند.

 کارهای توریچلی در فیزیک 
مطالعه کتاب دو علم جدید گالیله (۱۶۳۸) الهام‌بخش توریچلی برای توسعه بسیاری از اصول مکانیکی مطرح شده در آن بود، که او آن‌ها را در رساله‌ای با عنوان De motu (دربارهٔ حرکت) (که در میان آثارش با عنوان Opera geometrica در سال ۱۶۴۴ چاپ شد) گنجاند. ارسال این رساله توسط کاستلی به گالیله در سال ۱۶۴۱، همراه با پیشنهادی مبنی بر اینکه توریچلی با او زندگی کند، منجر به سفر توریچلی به فلورانس شد، جایی که او با گالیله ملاقات کرد و در سه ماه باقی‌مانده از عمر گالیله به عنوان دستیار و کاتب او فعالیت کرد.

 پمپ‌های مکشی و اختراع فشارسنج  

کارهای توریچلی منجر به اولین گمانه‌زنی‌ها در مورد فشار اتمسفر و در نتیجه اختراع فشارسنج جیوه‌ای شد (از کلمه یونانی baros به معنای وزن) -- اصلی که قبلاً در سال ۱۶۳۱ توسط رنه دکارت توصیف شده بود، اگرچه هیچ مدرکی وجود ندارد که دکارت هرگز چنین ابزاری را ساخته باشد.

فشارسنج از نیاز به حل یک مشکل نظری و عملی به وجود آمد: یک پمپ مکشی تنها می‌توانست آب را تا ارتفاع ۱۰ متر (۳۴ فوت) بالا بکشد (همان‌طور که در دو علم جدید گالیله روایت شده است). در اوایل دهه ۱۶۰۰، استاد توریچلی، گالیله، استدلال می‌کرد که پمپ‌های مکشی به دلیل «نیروی خلاء» قادر به کشیدن آب از چاه هستند. با این حال، این استدلال قادر به توضیح این واقعیت نبود که چرا پمپ‌های مکشی تنها می‌توانند آب را تا ارتفاع ۱۰ متر بالا ببرند.

پس از مرگ گالیله، توریچلی در عوض این نظریه را مطرح کرد که ما در «دریایی از هوا» زندگی می‌کنیم که فشاری مشابه فشار آب بر اجسام غوطه‌ور اعمال می‌کند. طبق این فرضیه، در سطح دریا، هوای موجود در اتمسفر وزنی دارد که تقریباً برابر با وزن ستونی از آب به ارتفاع ۱۰ متر است. هنگامی که یک پمپ مکشی در داخل یک لوله خلاء ایجاد می‌کند، اتمسفر دیگر بر ستون آب زیر پیستون فشار نمی‌آورد اما همچنان بر سطح آب بیرون فشار وارد می‌کند و در نتیجه باعث بالا رفتن آب می‌شود تا زمانی که وزن آن با وزن اتمسفر متعادل شود. این فرضیه ممکن است او را به یک پیش‌بینی شگفت‌انگیز رسانده باشد: اینکه یک پمپ مکشی ممکن است تنها بتواند جیوه را که ۱۳ برابر سنگین‌تر از آب است، تا ۱/۱۳ ارتفاع ستون آب (۷۶ سانتی‌متر) در یک پمپ مشابه بالا ببرد. (البته این امکان نیز وجود دارد که توریچلی ابتدا آزمایش جیوه را انجام داده و سپس فرضیه دریای هوای خود را فرموله کرده باشد).

در سال ۱۶۴۳، توریچلی یک لوله به طول یک متر (که یک سر آن بسته بود) را با جیوه —که سیزده برابر چگال‌تر از آب است— پر کرد و انتهای باز لوله را در ظرفی از این فلز مایع قرار داد و انتهای بسته را بالا برد تا لوله به صورت عمودی بایستد. سطح جیوه در لوله پایین آمد تا جایی که حدود  بالاتر از سطح جیوه در ظرف قرار گرفت و یک خلاء توریچلی در بالای آن ایجاد کرد. این همچنین اولین مورد ثبت شده از ایجاد خلاء دائمی بود.

دومین پیش‌بینی صریح فرضیه دریای هوای توریچلی توسط بلز پاسکال انجام شد، که استدلال و اثبات کرد که ستون جیوه فشارسنج باید در ارتفاعات بالاتر کاهش یابد. در واقع، این ستون در بالای یک برج ناقوس ۵۰ متری کمی پایین آمد و در قله یک کوه ۱۴۶۰ متری بسیار بیشتر کاهش یافت.

همان‌طور که اکنون می‌دانیم، ارتفاع ستون با فشار اتمسفر در یک مکان مشخص نوسان می‌کند، واقعیتی که نقش کلیدی در پیش‌بینی وضع هوا دارد. تغییرات پایه در ارتفاع ستون در ارتفاعات مختلف، به نوبه خود، زیربنای اصل ارتفاع‌سنج است؛ بنابراین، این کار پایه‌های مفهوم مدرن فشار اتمسفر، اولین فشارسنج، ابزاری که بعدها نقش کلیدی در پیش‌بینی وضع هوا ایفا کرد، و اولین ارتفاع‌سنج فشاری را که ارتفاع را اندازه‌گیری می‌کند و اغلب در پیاده‌روی، کوهنوردی، اسکی و هوانوردی استفاده می‌شود، بنا نهاد.

حل معمای پمپ مکشی و کشف اصل فشارسنج و ارتفاع‌سنج، شهرت توریچلی را با اصطلاحاتی مانند «لوله توریچلی» و «خلاء توریچلی» جاودانه کرده است. تور، یک واحد فشار که در اندازه‌گیری‌های خلاء استفاده می‌شود، به نام او نام‌گذاری شده است.

 قانون توریچلی 
توریچلی همچنین قانونی را در مورد سرعت خروج یک سیال از یک روزنه کشف کرد که بعدها نشان داده شد حالت خاصی از اصل برنولی است. او دریافت که آب از یک سوراخ کوچک در کف یک ظرف با سرعتی متناسب با ریشه دوم عمق آب نشت می‌کند؛ بنابراین اگر ظرف یک استوانه عمودی با یک نشت کوچک در کف باشد و y عمق آب در زمان t باشد، آنگاه:

برای یک ثابت k > 0.

 اصل توریچلی 
مفهوم مرکز ثقل توسط ارشمیدس کشف شد. توریچلی، با دنبال کردن راه او، یک اصل جدید و مهم را کشف کرد، اصل توریچلی، که می‌گوید: اگر تعدادی جسم به گونه‌ای به هم متصل شوند که با حرکتشان، مرکز ثقل آنها نتواند نه بالا رود و نه پایین بیاید، آنگاه آن اجسام در تعادل هستند. این اساساً نسخه‌ای از اصل کار مجازی است. این اصل بعدها توسط کریستیان هویگنس برای مطالعه حرکت آونگ استفاده شد.

 مطالعه پرتابه‌ها 
توریچلی پرتابه‌ها و نحوه حرکت آنها در هوا را مطالعه کرد. «شاید برجسته‌ترین دستاورد او در زمینه پرتابه‌ها، ایجاد ایده پوش برای اولین بار بود: پرتابه‌هایی که با [...] سرعت یکسان در همه جهات پرتاب می‌شوند، سهمی‌هایی را ترسیم می‌کنند که همگی بر یک سهمی‌گون مشترک مماس هستند. این پوش به parabola di sicurezza (سهمی ایمنی) معروف شد.»بندانگشتی|زیردریایی تورریچلی (S-512)؛ ۰۸۳۷۳۱۰
 علت باد 
توریچلی اولین توصیف علمی از علت باد را ارائه داد:

 کارهای توریچلی در ریاضیات 
توریچلی همچنین برای کشف شیپور توریچلی (که شاید بیشتر با نام شیپور جبرئیل شناخته می‌شود) مشهور است که مساحت سطح آن بی‌نهایت است، اما حجم آن متناهی است. این موضوع در آن زمان توسط بسیاری، از جمله خود توریچلی، یک پارادوکس «باورنکردنی» تلقی می‌شد و باعث ایجاد یک بحث داغ در مورد ماهیت بی‌نهایت شد که فیلسوف هابز نیز در آن دخیل بود.بندانگشتی|صاف|تمبر یادبود اوانجلیستا توریچلی چاپ ۱۹۵۹ اتحاد جماهیر شورویتوریچلی همچنین از پیشگامان حوزه سری‌های نامتناهی بود. در اثر خود De dimensione parabolae (دربارهٔ ابعاد سهمی) در سال ۱۶۴۴، توریچلی یک دنباله نزولی از جملات مثبت  را در نظر گرفت و نشان داد که سری تلسکوپی متناظر  لزوماً به  همگرا می‌شود، که در آن L حد دنباله است، و به این ترتیب اثباتی برای فرمول مجموع یک سری هندسی ارائه داد.

توریچلی روش غیرقابل تقسیم‌های کاوالیری را بیشتر توسعه داد. بسیاری از ریاضی‌دانان قرن هفدهم این روش را از طریق توریچلی آموختند که نوشته‌هایش از نوشته‌های کاوالیری قابل فهم‌تر بود.

 زیردریایی‌های ایتالیایی 
چندین زیردریایی نیروی دریایی ایتالیا به نام اوانجلیستا توریچلی نام‌گذاری شده‌اند:
 یک زیردریایی کلاس میکا (Micca)، ساخته شده در ۱۹۱۸، از رده خارج شده در ۱۹۳۰
 alt=صفحه عنوان یک نسخه از کتاب درس‌های آکادمیک چاپ ۱۸۲۳|بندانگشتی|269x269px|صفحه عنوان یک نسخه از کتاب Lezioni accademiche (درس‌های آکادمیک) چاپ ۱۸۲۳یک زیردریایی کلاس آرکیمده (Archimede) (۱۹۳۴)، که در سال ۱۹۳۷ به اسپانیا منتقل شد و به ژنرال مولا تغییر نام داد، از رده خارج شده در ۱۹۵۹
 یک زیردریایی کلاس بندتو برین (Benedetto Brin) (۱۹۳۷)، که در سال ۱۹۴۰ در دریای سرخ توسط نیروی دریایی بریتانیا غرق شد
 اوانجلیستا توریچلی (S 512)، که سابقاً زیردریایی USS Lizardfish'' بود، در سال ۱۹۶۰ به ایتالیا منتقل شد و در سال ۱۹۷۶ از خدمت خارج گردید

 آثار منتخب 
نسخه‌های خطی اصلی او در فلورانس، ایتالیا نگهداری می‌شوند. آثار زیر به چاپ رسیده‌اند:
 Trattato del moto (رساله‌ای در باب حرکت) (پیش از ۱۶۴۱)
 Opera geometrica (آثار هندسی) (۱۶۴۴)
 Lezioni accademiche (درس‌های آکادمیک) (فلورانس، ۱۷۱۵)
 Esperienza dell'argento vivo'' (آزمایش سیماب [جیوه]) (برلین، ۱۸۹۷)

 جستارهای وابسته 
 میانه هندسی (Geometric median)
 مارپیچ لگاریتمی (Logarithmic spiral)
 اتاقک توریچلی (Torricellian chamber)
 ونا کانترکتا (تنگش رگه) (Vena contracta)
 گاسپارو برتی (Gasparo Berti)
 استفانو دلی آنجلی (Stefano degli Angeli)

 یادداشت‌ها 

 منابع 
(لیستی از منابع کتابی و مقالات علمی ذکر شده است)

 پیوند به بیرون 
 اوانجلیستا توریچلی، دانشنامه بریتانیکا اوانجلیستا توریچلی | فیزیک‌دان و ریاضی‌دان ایتالیایی
 اوانجلیستا توریچلی، دانشنامه ترکانی توریچلی، اوانجلیستا در دانشنامه ترکانی
 (سایر پیوندها به پروژه مکاتبات گالیله، کتابخانه لیندا هال و مقالات علمی دیگر)