Жизнь проста. Как бритва Оккама освободила науку и стала ключом к познанию тайн Вселенной - Джонджо МакФадден

Его интересовала не столько траектория движения снаряда, выпущенного из пневматического ружья, сколько причина, по которой происходит выстрел. Механизм приводится в действие движением поршня в камере, заполненной воздухом. При нажатии на спусковой крючок высвобождается направленное внутрь давление, и под действием сжатого воздуха в камере поршень двигается вверх, выталкивая пулю из ствола. Бойль никак не мог понять, каким образом «сжатый воздух» выталкивает пулю и что вообще представляет собой воздух, который никто не видит. В XVII веке такие вопросы таили в себе загадку, но, в отличие от загадки философского камня, ее можно было разгадать.

Отправной точкой для исследований Бойля послужила работа ученика Галилея Эванджелисты Торричелли (1608–1647). За год до своей смерти Галилей узнал о проблеме, с которой столкнулись рабочие шахты при использовании механических насосов для откачки воды. При втягивании поршня в цилиндре вода должна была всасываться в камеру, что объяснялось все тем же утверждением, что «природа не терпит пустоты». Однако рабочие обнаружили, что, какие бы усилия они ни прикладывали, насос не будет работать, если будет расположен на высоте более 33 футов (10 м) над уровнем воды. Рабочие обратились к Галилею за помощью, а тот убедил Торричелли заняться этой проблемой.

Насосы, использовавшиеся в шахтах, были громоздкими и неудобными для лабораторных исследований, поэтому Торричелли последовал примеру своего учителя и сконструировал лабораторный макет из длинной стеклянной трубки, заполненной водой, и поместил ее в сосуд. Однако для того, чтобы с точностью воспроизвести реальные условия, потребовалась труба длиной десять метров. Труба, торчавшая над крышей его дома в Пизе, вызвала переполох среди соседей, которые решили, что Торричелли занимается черной магией, и это подсказало ему идею заменить воду ртутью, поскольку ртуть в 14 раз тяжелее воды, а значит, для опыта ему достаточно будет трубы длиной один метр. В 1643 году он провел опыт, в котором ртутью была наполнена и стеклянная трубка, и сосуд, в котором она находилась в перевернутом положении (рис. 18). Каково же было удивление итальянского ученого, когда он увидел, что вопреки господствовавшему почти два тысячелетия убеждению, «что природа не терпит пустоты», уровень ртути опустился, и над поверхностью жидкости образовалось пустое пространство высотой несколько дюймов. Узнав об опытах Торричелли, другой ученый, француз Блез Паскаль (1623–1662), взял трубку, названную именем Торричелли, в горы и, поднявшись с ней на вершину горы Пюи-де-Дом, обнаружил, что столбик ртути опускается во время восхождения и снова поднимается во время спуска. Блез и Торричелли предположили, что высота ртутного столба поднимается не из-за сопротивления «противоестественному» вакууму, а под действием веса атмосферного воздуха. Поскольку на большой высоте в горах воздух более разрежен, а значит, более легкий, столбик ртути опускается. Так был изобретен барометр.

Опыты Торричелли и Паскаля заинтриговали Бойля и вдохновили его на изобретение собственного устройства с насосами и клапанами из стекла и металла. Он собирался провести эксперимент внутри сосуда большого объема, из которого предварительно был выкачан воздух. Вместе со своим ассистентом Гуком он планировал помещать в этот сосуд горящие свечи, часы, насекомых, рыбок или животных, чтобы увидеть, как они будут вести себя в условиях вакуума, что и было продемонстрировано в 1654 году перед «Невидимой коллегией».

Рис. 18. Опыт Торричелли с трубкой, наполненной ртутью

В рамках своего самого известного опыта Бойль полностью выкачал воздух насосом из сосуда, соединявшегося при помощи клапана с поршнем. Когда ученый открыл клапан (чтобы обеспечить контакт поршня с вакуумом), у присутствующих перехватило дыхание. Они испытали «немалое изумление», когда увидели, как пустое пространство затягивает поршень, несмотря на то что к нему привязан груз 100 фунтов (45 кг) (рис. 19). Зрители «не могли понять, каким образом груз такой массы мог подниматься сам по себе». Лорд главный судья Англии сэр Мэтью Хейл публично выразил свое восхищение «дерзкой пустотой» Бойля.

Опыт Бойля подтвердил результаты экспериментов Торричелли и Паскаля. Оказалось, что дело не в том, что природа не терпит пустоты. В другом опыте Бойль продемонстрировал, что сосуд, из которого выкачан воздух, свободно заполняется вакуумом. Как и Торричелли, Бойль утверждал, что то, что принято было объяснять сопротивлением природы пустоте, есть не что иное, как действие веса атмосферного воздуха. На поршень оказывает действие не вакуум, а атмосферное давление.

Бойль понял, что его опыты имеют непосредственное отношение к спору между сторонниками неделимости материи и атомистами. Он предположил, что «упругость» воздуха можно объяснить тем, что он состоит из «множества мельчайших тел, наподобие волокон, образующих шерстяное руно». В свою очередь, если предположить, что это не статичная модель и что триллионы таких частиц, из которых состоит воздух, беспорядочно движутся, создавая «вихревое движение, то каждая корпускула (от лат. corpusculum – частица) будет стараться отогнать остальных». Подобное представление напоминало модель Декарта, однако, в отличие от нее, пространство между корпускулами оставалось пустым, а не заполненным. Таким образом, Бойль упразднил заполненное веществом пространство, как сущность, в которой нет необходимости.

Рис. 19. Известный опыт Бойля, демонстрирующий способность вакуума поднимать тяжелый вес

Бойль описал свои эксперименты в книге «Новые физико-механические опыты, касающиеся упругости воздуха и производимых ею эффектов» (New Experiments Physico-Mechanical, Touching the Spring of the Air, and its Effects), опубликованной в 1662 году. Книга стала сенсацией. Философ Генри Пауэр писал: «Никогда в жизни мне не доводилось читать ничего подобного этому трактату, в котором представлен такой интересный и критично отобранный материал, так продуманы и точны опыты, а суть их изложена понятным и доступным языком»[293]. Как и Галилей, Бойль предпочитал писать на родном языке, а не на латыни, как это делали большинство его современников. Его научные работы также были свободны от философских и богословских рассуждений, в которых увязали авторы более ранних научных сочинений. Однако в отличие от немногословных комментариев Галилея описания Бойля были очень подробны и дополнены рисунками, чертежами устройств и детальными отчетами о наблюдениях. Метод Бойля получил восторженное одобрение членов «Невидимой коллегии». В 1660 году сообщество приняло устав и утвердило членский взнос в размере одного шиллинга в неделю. Неделю спустя король Карл II выразил личный интерес к научной деятельности общества, и в 1662 году оно было удостоено королевской грамоты, закрепившей за ним официальный статус Лондонского королевского общества, одним из соучредителей которого становится Роберт Бойль.

Впрочем, далеко не все разделяли восторг по поводу экспериментов Бойля. Представитель кембриджских платоников Генри Мор был в ужасе. Он полагал, что «чудовищная» механистическая теория Бойля ничем не лучше безбожной философии Томаса Гоббса и ведет к атеизму. В своем главном философском труде «Руководство по метафизике» (Enchiridion Metaphysicum), опубликованном в 1671 году, он утверждает, что поршень в насосе движется под действием вакуума,