在他上大学期间,就对真空问题深感兴趣,并产生了获得“真空”的想法,这导致他于1650年发明了空气泵,并用此作了一系列有关真空的实验,证明了声音不能在真空中传播,蜡烛不能在真空中燃烧,鱼和鸟在真空中很快死去等等。其中最著名的当属1654年在雷根斯堡进行的“马德堡半球”实验,这一实验后来又在马德堡、柏林进行。实验所显示的空气的巨大压力,给人们留下了深刻的印象,引起社会对科学实验的广泛兴趣。他还用实验演示了空气具有重量,并粗略地估计了空气的密度。1657年,他装置了第一台水柱气压计,他将水面上升归因于大气压,大气压的变化引起了水面高度的变化。在长期研究了这种变化之后,他认为这种变化与天气变化相联系。据此,在1660年他根据气压的突然下降预报了一场大风暴。他还发明了湿度计,制作了空气温度计。他还曾预言彗星将有规律地从宇宙返回。
1672年左右,他制作了第一台静电起电机,这是一个装在轴上的硫磺球(约有小磁头大小),在球旋转时,用手压住球,就可以使球起电,比传统的摩擦方法有效得多。他用这台机器进行了电学研究,发现了电排斥、感应起电及电致发光现象(在黑暗中,带电硫磺球发光);他还发现电荷行进到亚麻线的末端,因而成为发现电排斥及电传导现象的前驱。
值得指出的是,他并不认为这些有关大气压和电的实验只是一些兴之所至的个别实验,而是认为:这些实验说明了世界万物的多样性,并且与神的创造无关。这种观点在当时是相当勇敢的。
他的重要研究成果,收入在《关于虚空的新实验》(1672年)一书中。
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