Научная революция XVII века - Владимир Кирсанов

Сначала для опытов Герике взял винный бочонок, наполненный водой, и попытался выкачать жидкость с помощью бронзового насоса, приделанного к низу бочонка. Однако обручи и железные винты, крепящие насос к бочонку, пропускали воздух. После того как крепления были сделаны более тщательно, трое сильных мужчин, тянувших за поршень, наконец, добились того> что вода пошла из бочонка. При этом был слышен такой звук, как будто бы оставшаяся жидкость внутри бочонка испытывала бурное кипение, и это продолжалось до тех пор, пока воздух не занял место выкачанной воды.

Затем протекавший деревянный бочонок был заменен медным шаром, воздух и воду начали откачивать, как и прежде. Сначала поршень шел легко, затем двое сильных мужчин едва могли его сдвинуть с места, когда, наконец, «внезапно с громким треском и к ужасу всех присутствующих» шар сплющился. После этого была построена более массивная и геометрически более совершенная сфера. «При открывании запорного крана воздух врывался внутрь шара с такой силой, как будто бы он намеревался втиснуть туда всех, стоящих рядом. Хотя вы и находились на значительном расстоянии, тем не менее у вас перехватывало дыхание и, безусловно, вы не могли протянуть руку над запорным краном без того, чтобы ее не втянуло внутрь» [22, с. 75].

Герике затем изобрел воздушный насос, первая конструкция которого изображена на рисунке. Верхняя часть с запорным краном — съемная, так что испытываемая часть может быть туда подсоединена. Как гарантия того, что воздух не просочится, запорный кран погружался под воду, которая наливалась в конический сосуд. С этим насосом он проводил бесчисленные опыты: у часов, погруженных в вакуум, не было слышно тиканья, пламя угасало, птица широко раскрывала рот и умирала, рыбы погибали, виноград мог сохраняться в вакууме шесть месяцев.

Степень вакуума Герике измерял с помощью водяного барометра — длинной трубки, соединенной с откачиваемым объемом и опущенной снизу в воду. По мере того как из сосуда откачивался воздух, вода в трубке поднималась под действием атмосферного давления. Аналогичный прибор он использовал также и для предсказания погоды.

Наиболее знамениты опыты Герике, обнаруживающие давление воздуха, которые он проводил с различными откаченными сосудами. В одном из таких опытов к поршню, ходившему внутри большого цилиндра, привязывалась веревка, которая перекидывалась через блок, а затем разделялась на концы, за которые могли взяться двадцать или тридцать человек. Как только в цилиндре образовывался вакуум (для чего цилиндр соединялся с заранее откаченным объемом), поршень внезапно уходил вниз под действием атмосферного давления и люди, державшиеся за веревки, срывались со своих мест. При проведении этого эксперимента Герике впервые услышал об опытах Торричелли, поставленных на одиннадцать лет раньше.

ОТТО фон ГЕРИКЕ

Другой знаменитый опыт Герике провел в 1654 г. в Регенсбурге. Это было красочное зрелище, на котором присутствовали император Фердинанд III и депутаты рейхстага. Из сосуда, состоящего из двух плотно пригнанных друг к другу бронзовых полушарий, выкачивался воздух. Затем полушария привязывались к двум лошадиным упряжкам, которые пытались их разъять. Это удалось сделать лишь усилиями шестнадцати лошадей, причем  разделение полушарий сопровождалось громовым треском. Это и неудивительно, так как диаметр полусфер составлял около 40 см и, следовательно, при хорошей откачке они сжимались усилием более одной тонны.

Герике сначала и не думал публиковать сообщения о своих опытах, и его книга «О пустом пространстве» была написана «спустя почти десять лет, а опубликована и того позже — в 1672 г. На самом деле книга посвящена главным образом проблемам космологии, а опытом с вакуумом в ней отведена лишь часть третьей главы.

Исследования Герике были продолжены в Англии Бойлем, который узнал о них, по-видимому, из книги Каспара Шотта «Гидравлико-пневматическая механика», опубликованной в 1657 г.

Старший современник Ньютона, Роберт Бойль (1627—1691) внес значительный вклад в развитие естествознания, но в первую очередь надо отметить, что он является основоположником химии как науки. «Химики,— писал он,— руководствовались до сих пор узкими принципами, не глядели на вещи с более высокой точки зрения. Они видели свою задачу в изготовлении лекарств и превращении металлов. Я попытался рассмотреть химию совсем с другой точки зрения — не как врач или алхимик, а как естествоиспытатель» [23, I, с. 194].

Бойль родился в замке Лисмор в Ирландии и воспитывался в привилегированном Итонском колледже. Тем не менее в детстве, как он пишет в своей автобиографии, он привык водить компанию с детьми из простонародья и подражать при этом заиканию одного из своих приятелей. Впоследствии он пытался излечиться от этого приобретенного им недостатка различными способами «столь же усердно, сколь и безуспешно». После обучения в Итонском колледже, в возрасте 12 лет, он отправился вместе со своим воспитателем в заграничное путешествие. Он посетил Францию, Швейцарию и Италию. Бойль хорошо знал итальянский язык, и за время пребывания во Флоренции смог детально познакомиться с работами и инструментами Галилея, которые произвели на него большое впечатление. В 1644 г. он возвратился в Англию, что бы вступить во владение наследством после смерти отца.

Его интерес к естествознанию пробуждается в результате участия в научном кружке, который после реставрации Стюартов превратился в Лондонское королевское общество. В 1654 г. Бойль переехал в Оксфорд, построил там химическую лабораторию и взял к себе ассистентом Роберта Гука. Прочитав об опытах Герике, он построил более совершенный воздушный насос; в 1660 г. выходит в свет его работа «Новые физико-механические эксперименты, касающиеся упругости воздуха и ее следствий». Продолжая свои опыты, он обнаруживает в 1662 г. связь между давлением и объемом воздуха в замкнутом сосуде — то, что впоследствии, получив количественную формулировку, стало законом Бойля — Мариотта.

В работе 1661 г. «Скептический химик» Бойль излагает свои взгляды на строение вещества. По его мнению, материальные тела состоят из элементов, под которыми он понимает неразложимые далее части веществ, а не воздух, воду, огонь и землю, как привыкли считать со времен Аристотеля. Химическое соединение по Бойлю — это соединение двух или большего числа элементов. Одним из первых Бойль указал на принципиальную разницу между химическим соединением и смесью веществ.

В 1668 г. он переезжает из Оксфорда в Лондон, где снова организует химическую лабораторию и становится одним из самых деятельных членов Королевского общества. В значительной степени Бойлю обязана своим возникновением и аналитическая химия. До него при качественном способе анализа ограничивались так называемым сухим способом, а Бойль первым показал, что можно определять вещества при помощи жидких реактивов.

Как большинство ученых его времени, Бойль бы разносторонним исследователем. Он живо интересовался вопросами истории, лингвистики и богословия — ревностный христианин, он перевел Евангелие на турецкий язык. В течение последних сорока лет он был очень слаб здоровьем. Его память была столь плоха, что он часто подумывал о том, чтобы бросить науку, и все же он был плодовитый автор, который завоевал признание как на своей родине, так и за рубежом. Незадолго до 1657 г. он намеренно отказался от «серьезного и должного» чтения трудов Гассенди, Декарта или Фрэнсиса Бэкона, «для того чтобы не быть в плену предвзятых мнений, теорий и принципов до тех пор, пока я не потрачу некоторое время на размышление над  вещами, которые пришли в голову мне самому».

Бойль приделал барометр к приемнику воздушного насоса и наблюдал вскипание нагретых жидкостей и замерзание холодной воды при откачке.

Бойль, возможно, никогда бы не открыл закон, носящий его имя, если бы не невежественная критика со стороны некоторых его коллег. Фрэнсис Линус, профессор из Голландии, прочитал бойлевские «Новые эксперименты» и заявил, что воздух абсолютно не способен произвести столь ощутимые действия, о которых говорит Бойль, например перемещение ртутного цилиндра длиной 29 дюймов; он утверждал, что ртуть подвешена на невидимых нитях, идущих от верхнего конца трубы, и чтобы почувствовать их, он закрывал верхний конец трубы пальцем.

Эта критика заставила Бойля возобновить исследования. «Теперь мы попытаемся показать, что в специально поставленных экспериментах упругость воздуха способна производить гораздо больше, чем нам необходимо ей приписывать для объяснения явлений в опыте Торричелли... Мы взяли затем длинную стеклянную трубку, которую с помощью горелки и ловкости согнули на конце так, что закругленная часть вышла почти параллельной остальной трубе, а отверстие в этом коротком отростке... было тщательно герметически закупорено. Длина отростка была разделена на дюймы (каждый из которых был разделен на восемь частей) - это было сделано с помощью бумажной шкалы, которая была аккуратно приклеена на трубку». Аналогичная бумажная шкала была приклеена на длинном отростке трубы. Затем «в колено или закругленную часть сифона, было налито столько ртути», чтобы в обоих отростках ртуть установилась на одинаковой высоте. «После этого мы начинали заливать ртуть в более длинное колено... до тех пор, пока воздух в коротком колене вследствие сжатия не уменьшился в объеме наполовину, тогда мы взглянули на длинное стеклянное колено и увидели не без радости и удовлетворения, что ртуть в длинном колене на 29 дюймов выше, чем в коротком» (т. е. давление на воздух в коротком колене вдвое больше первоначального. - В. К.). Из этого опыта Бойль делает вывод, что «сопротивление сжатию удваивается с удвоением давления» и, следовательно, упругость воздуха (т. е. его сопротивление сжатию) пропорциональна его плотности. Такова формулировка первого варианта закона Бойля.