Паскаль
1623—1662

Начало физических опытов с «трубкой Торричелли» (1646)

Аристотель, как и некоторые другие философы древности (Парменид, Зенон Элейский, Эмпедокл), отрицал наличие пустоты в природе. Во всяком случае указанная догма рассматривалась как «завоевание» перипатетической науки, позиции которой были сильны еще и во времена Паскаля. «Природа боится пустоты» — такова была одна из догм средневековой науки, которой в частности объясняли поднятие воды в насосе, то есть в природе нет и не может быть пространства, которое не было бы заполнено каким-либо твердым, жидким или газообразным веществом. «Боязнь пустоты» (horror vacui) считалась абсолютной, так что вода за поршнем в трубах, например, фонтанов, казалось, могла взметнуться вверх «хоть до облаков». Но это теоретическое предположение не оправдало себя на практике.

При строительстве фонтанов во дворце великого флорентийского герцога Казимо II Медичи было обнаружено, что вода поднимается по трубам только на высоту 34 футов (10,3 м), выше же она не двигалась. За разъяснением обратились к придворному математику герцога, знаменитому, но уже престарелому и слепому Галилео Галилею. Ученый, разделявший общепринятое мнение перипатетиков, но и не мог пойти против фактов опыта, ответил, что природа боится пустоты, но, вероятно, эта боязнь не распространяется выше 34 футов. Своих учеников — Торричелли и Вивиани — он попросил экспериментально исследовать это загадочное явление. Для удобства эксперимента Торричелли решил заменить воду более тяжелой (в 13,6 раза) ртутью, которая должна была подняться во столько же раз ниже воды. Проведенный Вивиани опыт (1643) полностью подтвердил предположение Торричелли, который считал давление воздуха причиной подъема воды за поршнем и удержания столба ртути в трубке.

Так Торричелли на уровне гипотезы подорвал пресловутую догму о «боязни пустоты» как причине поднятия воды, за поршнем. Более того, Торричелли доказал, что природа вовсе «не боится» пустоты и «спокойно ее терпит», например над уровнем ртути в трубке, — ее стали называть «торричеллиевой пустотой». Но опыт Торричелли не доказывал его гипотезы о весе воздуха как единственной причине удержания столбика ртути. Можно было предположить и другие естественные причины этого явления, оставив в покое схоластическую догму.

Конкретные проблемы, возникшие в связи с метафизической «боязнью», живо заинтересовали итальянских любителей науки, и между 1639 и 1641 годами некто Гаспаре Берти произвел следующий опыт: он изготовил свинцовую трубку длиной около одиннадцати метров с большим стеклянным баллоном на одном конце и с краном — на другом и прикрепил ее веревками к стене собственного дома. При этом нижний конец трубки с краном помещался в бочку, наполовину заполненную водой. Когда кран был закрыт, то через отверстие баллона, находящегося на верхнем конце, трубка полностью заполнялась, после чего отверстие плотно закрывалось. Когда же кран открыли, вода потекла из трубки в бочку, но вытекла не вся и скоро остановилась на определенной высоте. На следующий день вода оказалась на том же уровне, хотя кран оставался все время открытым. Когда кран снова закрыли и открыли отверстие, через которое трубка заполнялась водой, в трубку ворвался воздух. Затем с помощью нитки была измерена высота воды внутри трубки: она оказалась равной примерно восемнадцати локтям выше уровня воды в бочке, на отметке.

Опыт Берти был, по существу, первым шагом на пути экспериментального разрешения многих проблем, связанных с пустотой. Но он не был теоретически осмыслен. Вопрос о природе пространства (воздух, какой-либо иной газ, пустота?), остающегося в верхней части трубки после того, как некоторое количество воды из нее спустилось в бочку, был открытым. Не было ответа и на другой важный вопрос: какая сила уравновешивает задержавшуюся в трубке воду и не позволяет ей полностью вытечь в бочку?

Вскоре опыт Торричелли стал известен среди всех ученых Франции. Некоторые заинтересовались этим экспериментом и пытались воспроизвести его, но безуспешно: в то время было сложно изготовить прочное экспериментальное оборудование необходимых размеров, и стеклянные трубки часто лопались под тяжестью ртути. «Волнения, вызванные в ученой среде торричеллиевой трубкой, — пишет Льоцци, — сравнимо лишь с интересом, вызванным галилеевой подзорной трубой. Между перипатетиками, картезианцами и экспериментаторами разгорелась яростная дискуссия».

Необходимы были новые и разнообразные опыты, решающие эксперименты, основывающиеся на твердых аксиомах и систематических доказательствах, а не на интуитивных догадках. За эти-то опыты и принялся Блез Паскаль со свойственной ему пылкой последовательностью. Для опровержения наличия в верхней части трубки разреженного воздуха он использует трубки различных форм (прямые, наклонные, оканчивающиеся стекляннным баллоном и т. д.). Если бы там имелся разреженный воздух, то высота ртути в трубке со стеклянным баллоном была бы ниже, чем в прямой трубке, так как в первой должно содержаться больше воздуха, чем во второй. Две стеклянные трубки длиной более двенадцати метров привязали к корабельной мачте, находящейся прямо во дворе мастерской, и заполнили одну вином, а другую водой. Многие любопытствующие жители Руана толпятся вокруг, наблюдая за течением опыта и действиями экспериментаторов (в одном из писем Паскаль замечал, что на подобной демонстрации присутствовало однажды около пятисот человек разных сословий и званий). Паскаль экспериментировал с разными жидкостями (маслом, вином, водой, ртутью и др.), получая в разных объемах пустоту.

Творческий ум Паскаля не мог ограничиться простым повторением опыта гениального итальянца, и он прибавил к нему восемь своих оригинальных экспериментов, свидетельствующих о большой изобретательности ученого. Он изложил их вместе со своими выводами в небольшом трактате «Новые опыты, касающиеся пустоты», увидевшем свет в октябре 1647 г. [an error occurred while processing this directive]

предыдущая / главная /  следующая страница

© Все права сохранены. Initeh.ru