Борис Тарасов - Паскаль

В то время многие сторонники пустоты, пишет итальянский историк физики Льоцци, признавали, что воздух обладает «абсолютным» весом, то есть весом воздуха, «вынутого из атмосферы»: «это может показаться весьма странным современному читателю, но для первых физиков воздух в воздухе ничего не весил, так же, как и вода в воде... Но отрицать, что часть жидкости, находящаяся внутри жидкости, имеет вес, значит отрицать, что внутри массы жидкости уравновешиваются давления, приложенные к этому весу. Иными словами, наличие веса у воздуха не приводило к выводу об атмосферном давлении, а в некотором смысле даже исключало его».

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?

Важный вклад в решение этих вопросов был сделан учеником Галилея Торричелли. Торричелли в качестве экспериментального материала стал использовать не воду, а ртуть, которая, будучи тяжелее воды в 13,6 раза, должна была, по его мысли, подняться на высоту, во столько же раз меньшую. Так оно и случилось.

Знаменитый опыт Торричелли, проведенный им совместно с другим учеником Галилея Вивиани в 1643 году, состоял в следующем: стеклянная трубка длиной четыре фута, один конец которой открыт, а другой герметически закупорен, наполнялась ртутью. Затем отверстие закрывалось пальцем, а трубка опрокидывалась в чашку со ртутью. Когда погруженное в чашку отверстие открывалось, то ртуть в трубке опускалась до определенной высоты (около 76 сантиметров), оставаясь потом на этом уровне. Образовавшееся над ртутью пространство было названо позднее торричеллиевой пустотой. Сама же трубка представляет собой прибор, названный впоследствии Бойлем барометром, так как высота ртутного столба соответствует величине атмосферного давления.

В результате эксперимента Торричелли пришел к выводу, что ртуть в трубке удерживается не «боязнью пустоты», а весом воздуха, давящего на открытую поверхность ртути в чаше. Пространство же, образующееся над ртутью в трубке, есть, по его мнению, пустое пространство. Таким образом, Торричелли связал проблему «пустоты» с весом и давлением воздуха, но однозначного и четко сформулированного доказательства наличия атмосферного давления им не было сделано. Гипотезу о тяжести и давлении воздуха поддерживали в то время уже многие ученые, однако не приводили в защиту своего мнения веских и систематически обоснованных решений. Что же касается пространства в верхней части трубки, то большинство вопреки Торричелли было убеждено, что оно заполнено каким-либо (невидимым) веществом.

«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».

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.