А началось все с научного спора. Блез Паскаль и Отто фон Герике опытным путем пытались доказать, что воздух упругий. Так, Паскаль клал надутый кожаный мешок в вакуумную камеру, и при отсутствии давления извне шар раздувался. Герике соединял две колбы, одна из которых была с воздухом, а другая без, и из первой большим напором направлял воздушную струю во вторую, вследствие чего легкие предметы внутри нее разлетались, а сдутый бычий пузырь превращался в шар. С другой стороны, Франциск Линус объяснял действие насоса сцеплением частиц воды и воздуха посредством крючков, а движение ртутного столба в трубке барометра — присутствием там какой-то невидимой материи, которая «дергает» ртуть за нити-фуникулы.
Предметом этих дебатов заинтересовался англичанин Роберт Бойль (1627–1691). Поддерживая идеи Паскаля и Герике, он сам провел серию экспериментов с выкачиванием воздуха из сосуда (для чего предварительно усовершенствовал насос, изобретенный Р. Гуком) и сделал несколько чудесных открытий. Во-первых, что перо и камень в безвоздушном пространстве падают с одинаковой скоростью. Во-вторых, что животные и растения без воздуха жить не могут. В-третьих, что в пустом сосуде гаснет огонь и не слышен звук, что дым, чуть поднявшись, опускается силой тяжести, а вода по трубке не течет. И что трение тел даже в пустоте создает тепло. Все это дало Бойлю основание опровергнуть теорию французского ученого Рене Декарта, согласно которой пустоты не существует, а безвоздушное пространство заполнено особой материей — эфиром. «Нет никакого эфира», — категорично заявил Бойль (кстати, именно он придумал слово «вакуум», что с латыни так и переводится как «пустой»).
В 1660 г. Бойль дописал труд «Новые физико-механические эксперименты относительно воздуха», где изложил не только результаты своих опытов, но и собственную теорию о том, что представляет собой воздух. Раскритиковав идею Аристотеля о четырехэлементном составе всех физических тел (из земли, огня, воды и воздуха), Бойль тем не менее принял и развил концепцию атомов. Мол, воздух состоит из мельчайших частиц-корпускул, которые испаряются от разных предметов и пребывают в непрерывном хаотическом движении, создавая иллюзию единой текучей массы. Таким образом, Бойль первым сказал, что нас окружает смесь разных газообразных веществ.
Два года спустя ученый и его помощник Ричард Таунли определили, что давление газа увеличивается ровно настолько, насколько уменьшается его объем, а значит, если измерить объем емкости с газом, то можно вычислить силу, с которой он давит на стенки сосуда. Исследователи загнули стеклянную трубку так, чтобы обе ее части были параллельны, но одна длиннее другой. Короткую часть запаяли, а в длинную налили ртуть и подождали, пока уровень жидкости в обеих частях сравняется. Затем Таунли стал доливать ртуть, и в конечном счете жидкость в короткой части поднялась, но не до конца трубки, а так, что остался воздушный зазор. В целом же уровень ртути в длинной части оказался на 72 см выше, чем в короткой, и Бойль заключил, что воздух в этом ответвлении сжался вдвое, а Таунли сделал главный вывод: давление воздуха на ртуть увеличилось тоже в 2 раза. После ученые поэкспериментировали, нагревая и охлаждая короткий конец трубки мокрой тканью и огнем свечи, и эти опыты показали, что тепло расширяет воздух больше, чем холод.