Страница 8 из 76
Всасывающие насосы успешно поднимали воду из рек и колодцев. Но иногда они отказывались работать. Это происходило главным образом на шахтах или в колодцах, глубина которых была очень велика. Никто не знал, почему это происходит, и какова наибольшая глубина, с которой насос может всасывать воду, и когда нужно применять другой вид насосов, нагнетательных, стоящих вблизи уровня воды, а не на поверхности земли.
Только Галилей понял, что всасывающий насос принципиально не способен поднять воду на высоту выше 18 локтей. Следовательно, боязнь пустоты не беспредельна, иначе не возникло бы это ограничение. Странная боязнь, которая исчезает, если столб воды выше 18 локтей! Галилей проводит простой опыт, чтобы измерить силу боязни пустоты. Он берет стеклянную трубку с поршнем, один конец трубки закрыт. В поршне имеется отверстие, через которое трубка заполняется водой. Затем отверстие закрывают, трубку опрокидывают, к поршню подвешивают груз и постепенно увеличивают его. Поршень остается неподвижным, но внезапно он начинает двигаться, и в трубке возникает пустота, когда вес груза достигает веса столба воды, площадь которого равна площади поршня, а высота равна 18 локтям.
Этот опыт разрушил старый миф, но еще не указал ему замены. Природа не знает страхов, свойственных людям. Просто она что-то может, а чего-то нет. Возможности и силы природы ограниченны. Даже металлические стержни ломаются, а цепи рвутся, если нагрузка слишком велика. Среди помощников Галилея был один, очень изобретательный — Торричелли. Галилей пригласил его в Арчетри после того, как учитель Торричелли показал Галилею первую работу своего ученика. Торричелли доказывал, что скорость свободно падающего тела пропорциональна времени падения, он подтверждал законы Галилея о полете брошенных тел и приводил совершенно новые данные об истечении жидкостей из сосудов. Торричелли не долго, по некоторым сведениям — всего три месяца, провел в обществе старого и уже слепого ученого. Он пережил Галилея всего на 5 лет. Эти годы он посвятил главным образом продолжению работ Галилея, направленных против мифа о боязни пустоты.
Для облегчения дальнейших опытов он задумал заменить воду ртутью. Если Галилей прав, то столбик ртути должен разрываться, когда он в 13 раз короче предельно возможного столба воды. Торричелли вычислил эту величину и, подсчитав, что она равна 1,3 локтя, поручил Винченцо Вивиани проверить это. Тот заполнил ртутью стеклянную трубку, запаянную с одного конца, заткнул трубку пальцем и опустил открытый конец в сосуд с ртутью. Когда он убрал палец, столб ртути опустился и остался неподвижным при длине столба 1,3 локтя— Торричелли объявил, что боязнь пустоты, ограниченная определенной величиной, является абсурдом.
Шел 1643 год — боязнь пустоты намного пережила своего изобретателя. Торричелли продолжил опыты и заметил, что высота ртутного столба иногда изменяется. Не желая признать природу капризной кокеткой, изменчивой в своих симпатиях и антипатиях, Торричелли постепенно пришел к убеждению в том, что столбик ртути, как и столб воды, удерживается давлением воздуха, которое, возможно, не всегда постоянно.
Развитие науки в существенной мере зависит от обмена идеями. Даже лучший форвард не может привести мяч к воротам так быстро и надежно, как это сделает сыгранная команда, привыкшая к перепассовкам. Лучшие идеи могут пропасть втуне, застаиваясь без передачи свежим умам.
В наш век обильной информации обмену идеями способствует книгопечатание — огромное количество научных журналов, разработанная система обзоров и рефератов, многочисленные конференции и симпозиумы. В те времена все это заменялось перепиской. Возникали и центры обмена информацией, роль которых выполняли ученые, склонные больше к обсуждению и критике чужих работ, чем к разработке новых идей. Наиболее известным и активным из них был Марино Мерсенн. В Италии его роль играл друг и ученик Торричелли, Микельанджелло Риччи. Он сообщил Мерсенну о работах Торричелли, а тот поведал о них молодому Блезу Паскалю, в то время еще верившему в аристотелевские мифы.
Для Паскаля, прожившего очень короткую жизнь, характерна быстрота мысли. В раннем детстве, когда отец запретил ему занятия геометрией, он создал для себя собственную геометрическую систему. В 16 лет он написал книгу о конических сечениях, став первым после эллинов, сказавшим в этой области новое слово.
Паскаль не только повторил опыты Торричелли, но пошел дальше. Он поместил прибор Торричелли в сосуд и откачал из него воздух. Высота столбика ртути падала по мере работы насоса. Так Паскаль устранил все сомнения в правоте догадки Торричелли.
Не удовлетворившись этим, Паскаль направил своего зятя с прибором Торричелли на соседнюю гору. По мере подъема столбик ртути укорачивался. Сам Паскаль взобрался на колокольню и там тоже зафиксировал опускание ртути. Вскоре Паскаль первым связал колебания уровня ртути с изменениями погоды.
Дальше эстафета перешла к Отто фон Герике, который был на 21 год старше Паскаля и на 6 лет старше Торричелли, но из-за превратностей войны и обширной административной и дипломатической деятельности обратился к науке лишь в зрелом возрасте. Герике больше всего известен своими опытами с магдебургскими полушариями, наглядно показавшими, сколь велико давление воздуха. Герике изобрел превосходный воздушный насос, потомки которого до сих пор встречаются в некоторых лабораториях. Даже насосы, применяемые для накачивания шин и мячей, отличаются от насоса Герике только расположением клапанов.
Для характеристики этого бургомистра города Магдебурга следует добавить — он первым обнаружил, что пламя потребляет воздух, и впервые применил для предсказания погоды прибор Торричелли, которому Бойль впоследствии дал наименование — барометр. Бойль усовершенствовал насос Герике, сделав его более удобным, и провел множество наблюдений, установив, в частности, закон, честь открытия которого он разделил с Мариоттом, — закон, показывающий, как изменяется давление газа в сосуде, если изменить его объем. Бойль открыл и то, что вода закипает при более низкой температуре, если откачивать над ней воздух.
Так несколько ученых, следуя за Галилеем, установили основные законы поведения газов и избавили науку от мистической боязни пустоты.
Не известно, от чего отталкивался полузабытый кавалер Соломон де Ко, издавший в 1615 году во Франкфурте книгу на французском языке, в которой он описывал приспособление, позволяющее поднимать воду силой огня. Больше всего это приспособление напоминает машину Герона, открывавшую дверь храма. Может быть, де Ко видел книги Герона, возможно, додумался до этого сам, а скорее всего, он встретил описание приборов Герона у позднейших авторов и воспроизвел один из них. Ведь больше ничем де Ко себя не проявил.
Его прибор предельно прост. Через крышку металлического Так впервые в новое время возродился интерес к силе пара и к возможности ее применения.
Прошло около полувека, прежде чем дело двинулось дальше. Не известно, видел ли книгу де Ко некий маркиз Уорчестер, или он тоже опирался непосредственно на труды Герона, когда строил свою водоподъемную машину. Это уже была действительно машина. Она имела отдельный паровой котел и два резервуара, соединенных с котлом трубами, снабженными кранами. Их открывали поочередно, и пар вытеснял воду из одного резервуара в водоподъемную трубу. В это же время второй резервуар заполняли водой. Вода поднималась на 40 футов. Машина работала в течение 4 лет, начиная с 1663 года, когда на нее была выдана привилегия (патент), и до смерти изобретателя. Потом интерес к ней угас, и она была выброшена на свалку.
В 1698 году Томас Сэвери получил патент на машину, отличающуюся от машины Уорчестера тем, что каждый из резервуаров был снабжен клапаном. Сэвери демонстрировал модель машины Королевскому обществу.
В 1705 году был выдан патент на первую водоподъемную машину, снабженную цилиндром с поршнем, перемещавшимся в нем. Она стала предтечей универсальных паровых машин. Ее построил кузнец и железоторговец Томас Ньюкомен в компании со стеклоделом Джоном Каули. Машина имела металлический цилиндр с поршнем. Пар получался в отдельном котле. Когда пар из котла поступал в цилиндр, поршень поднимался давлением пара. Затем пароподводящую трубу перекрывали краном, а цилиндр обливали холодной водой. Атмосферное давление с силой опускало поршень. Поршень посредством коромысла приводил в действие водяной насос. Так, в машине, имевшей паровой котел, работу выполнял не пар, а воздух.