空气与人的生命和生活息息相关。在科学发展史上，人们对空气的认识和应用是从著名的三大空气试验开始的。

　　空瓶试验——空气有量

　　古希腊的亚里士多德曾推想：地球由四个层次构成，它们是土层、水层、空气(即大气层)和火(在闪电时偶然见到)。

　　一千多年后，意大利著名物理学家伽利略为了证明空气的存在，进行了一次空瓶试验——在天平的一端放一只封口的空瓶，另一端通过添加沙子达到平衡后，再往空瓶里加注空气，把加注完空气的瓶子再放到天平上时，放瓶子的一端出现了下沉现象。空瓶试验证明：空气不空，空气是有质量的。

　　伽利略证明了空气的存在后，未对空气的存在形式和意义做进一步的研究。1640年，佛罗伦萨有一位叫安东尼奥的师傅挖了一口深水井，不论他如何改进抽水机的精度，总不能把水抽到10米以上，他始终认为抽水机抽出真空，水就会补充真空，水应该总能抽上来。于是，他去请教伽利略，伽利略当时已76岁，而且病魔缠身，双目失明，无力亲自参与实验，但他从理论上推测——真空可能有自己的界限。伽利略嘱托他的学生托里拆利和维瓦尼要把这个问题弄清楚。

　　空管试验——空气有力

　　受伽利略“真空有自己的界限”思想的启发，托里拆利考虑，如果选用比水的密度大很多的液体，能够汲取的高度就会很矮。日常生活中，密度大的液体首推水银，这种液态金属的密度是水的13.5倍。1643年，托里拆利在一根800毫米长的玻璃管里灌满水银，把开口的一端先塞住，将玻璃管倒立在盛水银的盘子里，然后拔出塞子。这时管子里的水银在重力的作用下流到盘子里，水银柱的上方形成了真空。但是，当管内水银面降低到比盘内水银面高出760毫米时，水银就不再从竖直的管子里流出，而是一直保持这个高度了。从原理上看，这个装置是世界上第一个“气压计”。

　　玻璃管中的水银柱能够保持固定的高度，怎么解释这个现象呢？托里拆利的合作者维瓦尼提出，厚厚的大气向下压在盘子里的水银上，大气压的力量与760毫米水银柱的重力势均力敌，从而令水银柱始终保持一个高度。而且760毫米高的水银柱产生的压强与10米高水柱产生的压强正好相等——与抽水机抽水高度差极限相吻合。由于托里拆利的玻璃管中出现了真空，于是，人类能够制造真空、大气有重量的消息不胫而走，全欧洲的科学家都激动起来。

　　空球试验——空气有益

　　德国马德堡市的市长奥托·盖里克得知托里拆利的实验后，也放下公务，做起了科学实验。1654年，盖利克的马德堡半球实验，曾轰动一时。他将两个直径20厘米（又说25厘米）的半球拼在一起，并用松节油、蜡浸过的皮环密封后抽气，使其成为真空，两个半球就紧密地粘在了一起。然后，两个彪形大汉握住拴在两个半球上的绳索，向相反的方向拉，结果铁球依然故我，并不分成两部分。后来干脆赶过来两匹马，仍然无法将两个半球分开。再增加两匹马，还是无法战胜大气压的力量。一直加到十六匹马，铁球才一分为二。

　　马德堡半球实验展现了大气压的强悍，按照托里拆利试验推算，大气对物体的压力为每平方厘米大约1千克的重力。马德堡球体的表面积是1256平方厘米，球体所受压力才1吨多，就需要16匹马来克服。一般人的身体表面积约两平方米，那么我们岂不是每时每刻都承受着两万千克的大气压力？与马德堡半球不同的是，球的内部是真空的，而我们的身体里有空气，我们的身体被大气所包围、所渗透，所以，我们感觉不到大气的沉重。

　　大气层从地面开始依次分为对流层、平流层、中间层、暖层（电离层）和外大气层。不同层次的大气都有着相应的特点和特别的用途。

　　对流层在大气层的最低层，紧靠地球表面。大气层中的空气有80％在对流层中。大气中的水气几乎都集中于此，这里是展示风云变幻的“大舞台”：刮风、下雨、降雪等天气现象都发生在对流层内。

　　对流层上面，直到高于海平面50千米这一层叫做“平流层”。这里基本上没有水气，晴朗无云，很少发生天气变化，适于飞机航行。在20～30千米高处，氧分子在紫外线的作用下，一个氧原子(O)进入氧气(O2)，而形成臭氧(O3)和臭氧层，臭氧层像一道屏障保护着地球上的生物免受太阳高能粒子的袭击。

　　平流层以上，到离地球表面85千米这一层，叫做“中间层”。中间层以上，到离地球表面500千米这一层，叫做“暖层”。在这两层内，经常会出现许多有趣的天文现象，如极光、流星等。暖层中的氮（N2）、氧（O2）和氧原子（O），在强烈的太阳紫外线和宇宙射线的作用下，已处于高度电离状态，复合机率又少，所以也把暖层称作“电离层”。电离层能导电，对反射无线电波具有重要意义。人类借助于暖层，实现短波无线电通信，使远隔重洋的人们可以相互沟通信息。