圧力は力を面積で割った物理量で、身の回りの大気圧はおよそ10^5パスカル(1気圧)です。ブリッジマンが開発したピストン・シリンダー型超高圧装置は、40万気圧(約40ギガパスカル)もの圧力を発生させることができ、当時としては桁違いの性能でした。当時、これほど高い圧力を長時間安定してかけられる装置は世界に存在しませんでした。彼は試料が漏れないように金属と軟質材料を組み合わせた「ブリッジマンシール」を考案し、高温も同時にかけられる設計を導入しました。これにより氷が氷VIや氷VIIへと相転移する温度と圧力を初めて系統的に測定し、鉛やビスマスが常温で半導体から金属へ変化する現象を発見しました。これらのデータは地球のマントルや核がどのような物質でできているかを推定する手がかりとなり、高硬度材料や超伝導体の探索にも役立っています。さらに実験手法は後のダイヤモンドアンビルセルやレーザー衝撃圧縮へと発展し、現代の高圧科学の基盤となりました。ブリッジマンの仕事は「圧力」を新たな研究パラメータとして確立し、物性物理学の視野を大きく広げたのです。

ブリッジマンが1910年代後半から改良を重ねた自封式ピストン・シリンダー装置は、可鍛性金属内に生じる塑性流動を利用してシールを強化し、100kbarを超える静水圧環境を安定に維持できた。彼はこの装置を用いて抵抗率、熱伝導率、圧縮率、超音波速度など多岐にわたる物性値を測定し、圧力によるバンドギャップ閉鎖や結晶構造の再配列を定量的に示した。特筆すべき成果は水の多様な固相を発見したことで、現在の氷相図で番号が付与されているI〜VIIのうち半数以上を彼が初めて同定した。圧力による相転移点を求める手法として、非弾性散乱やX線回折が一般化するのはずっと後のことであり、当時は体積変化と電気抵抗の急変を指標にしていた。ブリッジマンはまた、圧力媒体として液体と固体の移行を巧みに利用し、準静水状態を実現するために食塩や燐酸トリナトリウムなどを採用した。彼のデータはベデマイヤーやミュルドナーらの理論的圧縮率モデルと比較され、状態方程式EoSの高圧拡張に貢献した。工業的には超硬合金や人造ルビー、半導体デバイスの高圧成長技術へ応用され、基礎研究と応用研究の橋渡しとなった。ブリッジマンは高圧科学という学際領域を確立し、多くの研究者が地球深部、惑星科学、材料科学へ圧力パラメータを導入するきっかけを与えた。彼の著書『The Physics of High Pressure』(1931)は現在でも引用される古典とみなされ、実験方法論とデータ整理の教科書的役割を果たしている。こうした多角的な貢献が、1946年のノーベル物理学賞授与理由となった。

ブリッジマンはピストン・シリンダー系におけるラジアル応力勾配を慎重に解析し、限界応力を超えた際のガスケット材料の塑性流動がシール性能を向上させることを示した。彼は高精度マンガン鋼ゲージを用い、圧力較正曲線を水銀の抵抗率変化により内挿して10⁻³の相対不確かさを達成した。超高圧下での異方弾性を考慮した圧縮率測定により、第一次近似としてのMurnaghan EoSの有効範囲を40GPaまで検証した。金属のバンドオーバーラップ転移を実測した最初期の結果としてBi, Sb, Pbの半金属‐金属転移があり、これらは後のMcWhan–Liu系統的研究の礎となった。水の氷VII形成圧力(約2GPa)測定は地球下部マントルの含水量推定モデルに直結し、後年のBridgmanite命名にもつながる。実験系の熱管理にはインダクション加熱を導入し、圧力媒体の熱膨張を差分法で補正してエンタルピー変化を決定した。彼の技術はToroidal anvil pressやマルチアンビル装置へ受け継がれ、静水圧条件の改善と最大圧力の増大に寄与した。学術的には高圧インフラを整備することで新規相探索、超伝導臨界圧力のマッピング、地球惑星科学の実験室模擬を可能にした。