Страница 5 из 27
Переселение в Руан, как уже было замечено, побудило Паскаля к изобретению арифметической машины. Здесь же, в Руане, он предпринял свои физические опыты.
ГЛАВА IV
Паскаль как физик и экспериментатор. – “Эфирная материя” Декарта и его мнение о барометрических опытах. – Опыты Паскаля и Перье. – Трактаты Паскаля о равновесии жидкостей и о давлении воздуха
В начале XVII века физические знания находились еще в довольно хаотическом состоянии, и прогресс со времен Аристотеля и Архимеда был весьма незначителен.
Одним из наиболее распространенных в то время заблуждений, господствовавших и в ученом мире, и среди публики, было учение о так называемой “боязни пустоты”. Утверждение, будто природа боится пустоты, часто встречается у древних писателей. Что касается величайшего из греческих философов и естествоиспытателей, Аристотеля, он понимал “боязнь пустоты” совсем в особом смысле, почти так, как понимали ее позднее Декарт и его последователи. По мнению Аристотеля, абсолютно пустого пространства вовсе не существует, и в этом-то смысле он говорил, что природа боится пустоты. Позднее комментаторы Аристотеля поняли дело иначе и вообразили, что природа обладает непреодолимым стремлением заполнить всякую образующуюся пустоту: таким образом, физические явления пытались объяснить присущими лишь чувствующим и мыслящим существам свойствами, вроде способности ощущать боязнь или испытывать стремление.
В пользу этого учения, по-видимому, говорили многие общеизвестные в то время факты, вроде поднятия воды в насосе, действия кровососных банок и т. п. Было замечено, что жидкие и воздухообразные вещества быстро наполняют пустое пространство, как только могут в него проникнуть. При этом воображали, что “боязнь пустоты” совершенно неограниченна. Были твердо убеждены в том, что если, например, сделать насос и трубку в пятьсот футов или какой угодно высоты и вытянуть из нее воздух, то вода, в которую опущена эта трубка, поднимется на какую угодно высоту, “даже до облаков”. Уверяли, что присосавшуюся банку можно, хотя и с усилием, оторвать лишь по той причине, что в ней есть немного воздуха, а если бы воздух совсем отсутствовал, то “никакие человеческие силы и даже силы ангела не были бы достаточны для этого”. Одним словом, представления относительно “боязни пустоты” были в высшей степени сбивчивы и неопределенны.
В таком состоянии находилось учение о пустоте в эпоху Галилея; но одно случайное происшествие заставило физиков глубже вникнуть в суть дела. Еще при жизни Галилея рабочие, устраивавшие фонтаны в саду флорентийского великого герцога Козимо Медичи, старались поднять воду при помощи насоса и с изумлением увидели, что вода поднимается лишь до высоты тридцати четырех футов и не идет далее несмотря на то, что над нею есть еще пустое пространство. Галилей был придворным математиком герцога, и к нему обратились за объяснением. Галилей ответил, что природа, конечно, боится пустоты, но эта боязнь, по-видимому, не простирается выше тридцати четырех футов. Такой полусерьезный ответ, разумеется, не мог удовлетворить самого Галилея, и он настоятельно советовал своим ученикам предпринять опыты с целью исследования этого вопроса.
Почти в то же время Декарт создавал свою физическую теорию, в которой решительно отверг самое существование пустоты, а следовательно, и учение о боязни пустоты. Еще в 1631 году Декарт в одном из своих писем почти угадывает истину, замечая, что “столб ртути может быть удержан как раз такою силою, какая необходима для того, чтобы поднять столб воздуха, простирающийся от этого столба ртути до пределов атмосферы”. Вместо того, чтобы остановиться на этой простой мысли и развить ее опытами и рассуждениями, Декарт вскоре погрузился в тонкости своей “тончайшей материи” – нечто вроде эфира новейших физиков – и этим запутал свое собственное более простое объяснение. В позднейших письмах и сочинениях Декарт заботится уже не столько о весе и давлении воздуха, сколько о том, чтобы противопоставить пустоте (le vide) полноту (le plein). Он уже совсем пренебрежительно отзывается о Галилее и его учениках и, рассуждая о явлениях, зависящих от веса воздуха, объясняет их каким-то круговоротом материи, происходящим оттого, что в природе “вовсе нет пустого пространства”.
Между тем один из способнейших учеников Галилея, Торричелли, исполнил желание своего учителя и в 1643 году предпринял опыты по подъему различных жидкостей в трубках и насосах. Он сравнил движение воды в насосе с поднятием ртути в барометрической трубке и убедился, что ртуть, будучи приблизительно в четырнадцать раз плотнее воды, поднимается на высоту в четырнадцать раз меньшую, чем вода. Отсюда Торричелли вывел, что причиною подъема как воды, так и ртути является вес столба воздуха, давящего на открытую поверхность жидкости. Таким образом был изобретен барометр и явилось очевидное доказательство весомости воздуха – свойства, известного еще Галилею, который, однако, как и Декарт, не сумел использовать его для полного объяснения рассматриваемых явлений. Торричелли сделал значительный шаг вперед, но и его объяснение было не полно. Недостаточно знать, что высота ртути в барометре определяется весом давящего на ртуть столба воздуха: необходимо выяснить, каким образом передается давление воздуха и чем оно отличается, например, от давления твердых тел. Всего непонятнее казалось, каким образом давление воздуха может передаваться без всякой потери не только вниз, но и вверх.
Паскаль узнал об опытах Торричелли от Мерсенна. Последний еще в 1644 году получил письмо из Италии с извещением о результате этих опытов и пытался повторить их, но неудачно. В 1645 году Мерсенн сам поехал в Италию и, ознакомившись с делом на месте, сообщил подробности Паскалю. Паскаль в то время находился с отцом в Руане. Крайне заинтересовавшись сообщениями Мерсенна, он в свою очередь предпринял ряд опытов.
В то время Паскаль еще признавал “боязнь пустоты”, но считал ее не каким-то неограниченным стремлением заполнить пустое пространство, а силою, поддающеюся изменению и, стало быть, ограниченною. Вот что пишет сам Паскаль о своих первых опытах:
“Я узнал об опытах, сообщенных Мерсенном и возбудивших изумление всех ученых и любознательных людей, от господина Пети, интенданта руанской крепости, человека весьма начитанного и слышавшего об этих опытах от самого Мерсенна. Названный Пети и я, мы повторили эти опыты (то есть опыты Торричелли) в Руане и нашли как раз то самое, что было найдено в Италии, не заметив ничего нового. С тех пор, размышляя по этому вопросу, я утвердился в мнении, которое всегда разделял, а именно, что пустота не есть что-либо невозможное и что природа вовсе не избегает пустоты с такою боязнью, как это многие воображают”.
Общий ход мыслей, приведший Паскаля к его замечательным открытиям в области физики, сводится к следующему. Опыты Торричелли, сообщенные ему Мерсенном, убедили Паскаля, во-первых, в том, что есть возможность получить пустоту, если не абсолютную, то по крайней мере такую, в которой нет ни воздуха, ни паров воды. В “тончайшую материю” Декарта он не верил, а явления подъема воды в насосе и ртути в трубке сначала приписывал “ограниченной боязни пустоты”, то есть, как он поясняет, “сопротивлению, оказываемому телами их взаимному разделению”. Убедившись в недостаточности этого объяснения и отлично зная, что воздух имеет вес – это говорил уже Галилей, – Паскаль напал на мысль объяснить явления, наблюдаемые в насосах и в трубках, действием этого веса. Главная трудность, однако, состояла в том, чтобы объяснить способ передачи давления воздуха – этого не сделал даже Торричелли, а менее всего Декарт, воображавший, что все объясняется непрерывностью материи, отсутствием пустоты и “круговоротом” веществ. Что касается Паскаля, то, раз напав на мысль о влиянии веса воздуха, он рассуждал так: если давление воздуха действительно служит причиной рассматриваемых явлений, то из этого следует, что чем меньше или ниже, при прочих равных условиях, столб воздуха, давящий на ртуть, тем ниже будет столб ртути в барометрической трубке. Стало быть, если мы поднимемся на высокую гору, барометр должен опуститься, так как мы стали ближе прежнего к крайним слоям атмосферы и находящийся над нами столб воздуха уменьшился.