Dobromila Lebrová: Giovanni Evangelista Torricelli - italský matematik, fyzik a astronom, vynálezce tlakoměru

Rubrika: Publicistika – Co je psáno...

Slavný italský učenec Giovanni Evangelista Torricelli, žák Galilea Galileiho a objevitel rtuťového tlakoměru, se narodil právě před čtyřmi sty lety 15. října 1608. Bývá označován velmi zajímavým přívlastkem - přemožitel strachu z prázdnoty, tj. strachu z vakua. O jeho dětství se ví velmi málo a údaje jsou poměrně rozporné. Nejčastěji se uvádí, že se narodil ve Faenze, tehdejší části papežského státu. Město Faenza bylo proslulé textilem a svou majolikou - pro zajímavost - z jeho názvu vychází slovo fajáns.
Anglické prameny hovoří otom, že jeho rodiči byli Gaspare Torricelli a Caterina Angetti a že jeho otec byl textilní dělník.
Italské prameny však uvádějí, že se Torricelli narodil v Římě a jeho otec se jmenoval Gaspare Ruberti a byl to zedník, kdežto matka se jmenovala Giacoma Torricelli a ona pocházela z Faenzy.
Jisté je, že se ho vzhledem k jeho velkému nadání, ujal strýc Jacopo, který byl mnichem camaldoleské komunity, což byla odnož benediktinského řádu. Strýc jeho nadání podpořil také tím, že ho poslal v r. 1624 studovat do jesuitské koleje.
Zde Torricelli studoval do r. 1626 matematiku a filozofii. Není historicky dokázáno, která kolej to byla, ale někteří historikové se přiklánějí k tomu, že to byla kolej ve Faenze, někteří se ale domnívají, že to byla římská kolej Collegio Romano. Jisté je, že hned po studiích v Římě pobýval. Jasné je také to, že Torricelliho otec zemřel ještě před jeho vstupem do koleje a matka se přestěhovala do Říma, kde žila do své smrti v r. 1641.
V jezuitské koleji se projevil Torricelliho mimořádný talent a jeho strýc mu zajistil studium u matematika Benedetta Castelliho (1578 - 1643), který se rovněž velice zajímal o hydrauliku. Castelli byl také benediktinským mnichem camaldoleské komunity, žákem a stoupencem Galilea Galileiho (1564 - 1642) a byl učitelem na římské univerzitě Sapienza di Romano. Nenídokázáno, že by Torricelli byl na univerzitě zapsán, pravděpodobně byl Castelliho soukromým žákem. Učil se u něho matematiku, mechaniku, hydrauliku a astronomii a stal se jeho tajemníkem. Toto místo zastával mezi lety 1626 - 1632. Předpokládá se, že své služby vykonával u Castelliho jako náhradu za své vzdělání. Později však přebíral za Castelliho vyučování v době, kdy byl Castelli v Římě nepřítomen.
Torricelli se seznámil s díly slavných starověkých i současných matematiků jako Apollonius z Pergy (262 př. Kr. - 190 př. Kr.), Archimédes ze Syrakus (asi 287 př. Kr. - 212 př. Kr.) a Theodosius z Bithynie (160 př. Kr. - 100 př. Kr.), jehož díla byla přeložena do latiny až v 16. století. Ze skoro současné doby studoval díla Tychona Brahe (1546 - 1601), Johannesa Keplera (1571 - 1630) a dánského astronoma Christena Sørensena Longberga, který je známější jako Longomontanus (1562 - 1647), a Mikuláše Koperníka (1473 - 1543).
Existuje dopis z 11. zaří 1632, který Torricelli napsal Galileo Galileimu a popsal mu své matematické pokroky a zároveň i svůj názor na Koperníkovu teorii o oběhu Země kolem Slunce. Nadto Torricelli pečlivě prostudoval Galileův spis, pojednávající o geocentrické - ptolemaiovské představě pohybu Země a Slunce a o Koperníkově heliocentrické představě, nazvaný „Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo“ (Dialog o dvou největších systémech světa). Zřejmě byl jedním z prvních čtenářů tohoto Galileiho spisu. Tím se stal i horlivým stoupencem Galileiho, byť po jeho internaci v r. 1633 a odsouzení inkvizicí si uvědomil nebezpečnost otevřené podpory koperníkovské teorie a svůj odborný zájem zaměřil na jiné vědy než astronomii.
Po ukončení studia prožil devět let do r. 1641 mimo Řím jako sekretář Galileiho dávného stoupence Giovaniho Battisty Ciampoliho (1589 - 1643), který byl tajemníkem papeže Urbana VIII. (1568 - 1644), avšak později upadl v nemilost.
Z této doby jsou Torricelliho aktivity známé jen omezeně. Například Castelli poslal Galileimu, již v době jeho domácího vězení Torricelliho rukopis monografie „O gravitačním pohybu“ (De motum gravitum) a rukopis „Pojednání o pohybu (Trattato del moto). Zásilku doplňoval Torricelliho dopis, v němž se Galileiho ptal na jeho mínění právě o spisu „O gravitačním pohybu“. Casteli doporučil Torricelliho Galileimu jako sekretáře pro dokončení jeho spisů, jelikož v té době byl Galilei už slepý. Přestože Galilei bezprostředně Torricelliho pozval, nemohla se návštěva kvůli Galileiho domácímu vězení v této době ještě uskutečnit .
Torricelli totiž podrobně prostudoval Galileiho spis „Rozpravy o dvou nových vědách, mechanice a místních pohybech“ (v originále Discorzi e dimonstrazioni matematiche intorno a due nuove scienze attenenti alla mecanica & i movimenti locali) a na jeho základě napsal výše uvedené „Pojednání o pohybu“, ve kterém Galileiho nauku vyložil. Převzal mimo jiné Galileiho výklad zákonů o volném pádu, kde rychlost volného pádu je vypočítána jako druhá odmocnina z dvojnásobku součinu dráhy volného pádu a gravitačního zrychlení, a pro hydrauliku pouze zaměnil velikost dráhy volného pádu hloubkou výtokového otvoru pod hladinou. Tento matematický vztah je nazýván Torricelliho zákonem. Spis „Pojednání o pohybu“ vyšel tiskem v r. 1641.

Zaroveň v r. 1641 Torricelli dokončil „Díla měřičská“ nebo “Díla geometrická“, jak se název do češtiny překládal v různých dobách (Opera geometrica). Toto dílo obsahovalo dvě knihy o kouli, dvě o volném pádu a pohybech vrhu, kde se zabýval odporem vzduchu a základními balistickými zákony, výše uvedenými v rukopisu „O gravitačním pohybu“. Práce mimo to obsahovala i některé poznatky o parabolách, cykloidách a o šroubovici. Tento spis vyšel ve Florencii až v r. 1644.
V této době, kdy už bylo dovoleno Galileiho navštívit, zemřela Torricellimu matka, a proto se schůzka opět oddálila. Dne 11. října 1641 se na Galileiho pozvání setkání obou učenců konečně uskutečnilo, i když jejich spolupráce trvala pouze necelé tři měsíce - do 8. ledna 1642, kdy Galilei zemřel. V době před Galileiho smrtí bydlel Torricelli u Galilea ještě s dalším Galileiho žákem - Vincenzem Vivianim (1622 - 1703), který se později stal jeho žákem.

Po Galileiho smrti se stal Torricelli jeho následníkem ve funkci sekretáře tehdejšího toskánského velkovévody Ferdinanda II. Medicejského (1610 - 1670); některé prameny uvádějí, že byl dvorním matematikem, a dále byl profesorem matematiky ve Florencii. Jiné prameny ale uvádějí, že vyučoval v Pise. Velkovévoda se stal i jeho mecenášem. V roli profesora matematiky řešil různé geometrické problémy v oblasti kuželoseček a matematických řad. O kuželosečkách napsal pojednání „Quadratura parabolae et Solido hyperbolico acuto“.
V matematice existuje pojem Fermatův nebo též Torricelliho bod, také nazývaný izogonickým bodem, což je bod uvnitř ostroúhleho trojúhelníku, který má minimální součet vzdáleností od vrcholů. Torriceli objevil také konstrukci těžiště cykloidy.
Zabýval se otázkami impulzu síly a hybnosti v mechanice.
Již nějakou dobu byl ve Florencii problém při vrtání studní, že se nepodařilo vodu ze studní vyčerpat výš než do asi 7 m. Ani Galilei nestačil problém vyřešit. Problém řešil ještě za Galileiho života italský matematik Gasparo Berti (1600 - 1643) se skleněnou trubicí o délce 10 m. Ale byly značné problémy s výrobou takové trubice a s reprodukovatelností pokusu. Torricelli problém navrhl řešit s pomocí skleněné trubice o délce jednoho metru, na jednom konci zatavené, která by se naplnila a otevřeným koncem ponořila do nádrže se rtutí. Vyšel z předpokladu, že hmotnost 10 m vody v trubce o průřezu 1 cm2 a hmotnost 760 mm rtuti v trubce o stejném průřezu jsou stejné. Většina pramenů však uvádí, že Torricelliho pokus prakticky provedl jeho žák Viviani. Oba učenci zjistili, že po naplnění celé trubice vytekla pouze část rtuti a nad kapalinovým sloupcem zůstal volný prostor, což odporovalo dosavadnímu učení Aristotelovu, které tvrdilo, že příroda nesnese volný prostor, který byl latinsky nazýván „horror vacui“, tj. „strach z vakua“. Torriceli vyložil, že rtuť v trubce drží v rovnováze atmosférický tlak vzduchu.
Torricelli vypozoroval, že se výška sloupce rtuti mění vlivem různého atmosférického tlaku. To bylo základem rtuťového tlakoměru, který vynalezl r. 1644. Takovýto tlakoměr se používá dodnes. - Zároveň se Torricelli, stejně jako už i Galilei, pokoušel i o konstrukci rtuťového teploměru.
Ještě za svého života však Torricelli zažil například Descartovu kritiku, jelikož René Descartés (1596 - 1650) byl zastáncem aristotelovského názoru o „strachu z vakua“, a dále zažil spory o prvenství svého vynálezu. Byl totiž zaneprázdněn právě pokusy s tlakem, ale také svojí oblíbenou výrobou různých optických přístrojů - dalekohledů a mikroskopů, k nimž brousil čočky, takže ani svá bádání s výjimkou dopisu přátelům, nepublikoval.
Je velice málo známé, že jedna z čoček, které vlastnoručně vyrobil, byla podrobena v dvacátých letech dvacátého století měření, a že u ní byla zjištěna veliká přesnost provedení.
Na podzim r.1647 Torricelli onemocněl, pravděpodobně tyfem, a 25. října 1647 zemřel. Byl pochován dle svého přání ve florentském kostele San Lorenzo.
Krátce před svou smrtí se pokoušel zdokumentovat své dílo a připravit ho k vydání a pověřil tím své přálele - notáře Ludovica Serenaie (1599 - 1685) a matematika Buonaventuru Cavalieriho (1598 - 1647). Bohužel Cavalieri jej přežil jen o pouhý měsíc. Některé rukopisy se ztratily, některé nebyly úplné, takže některé jeho spisy byly vydány dlouho po jeho smrti, dokonce až v 19. století. Některé jeho objevy jsou známy pouze z jeho korespondence. Je nenahraditelná škoda, že originály jeho spisů, které byly shromážděny v Torricelliho muzeu ve Faenze po začátku 20. století, byly zničeny za války v r. 1944.
V dnešní době je znám Torricelliho zákon o rychlosti vytékání kapaliny, jak bylo uvedeno výše, Torricelliho trubice, což je v podstatě rtuťový tlakoměr, výše uvedený Torricelliho bod v trojuhelníku. Byla po něm nazvaná, od r. 1980 již neplatná, jednotka atmosférického tlaku 1 torr, odpovídající výšce 1 mm rtuťového sloupce ve rtuťovém tlakoměru.
Na měsíci existuje kráter, po něm pojmenovaný Torricelli; byl po něm také pojmenován asteroid (č. 7437). Jeho pomník je ve Faenze a dále také ve Florencii v přírodovědném muzeu florentské univerzity - Museu di Storia Naturale. Přes to, že zrození Torricelliho ve Faenze je poněkud sporné, Faenza jeho letošní jubileum oslavuje, alespoň ve vědeckých kruzích. Také UNESCO zařadilo jeho výročí do seznamu oslav, na kterých se zúčastní.

Tento článek byl v Pozitivních novinách poprvé publikován 15. 10. 2008.