Блез Паскаль

Ученик Галилео Галилея, Эванжелиста Торричелли, в своем эксперименте решил использовать ртуть[6]. Ее можно налить в стеклянную трубку, как и воду. Но при этом капелька ртути весит в 13,6 раза больше капли воды. Это значит, что если взять одинаковое по весу количество воды и ртути, для последней нужна будет гораздо меньшая емкость. Скажем, в обычном стакане поместится 200 граммов воды или почти 3 килограмма ртути.

Торричелли предположил, что и высота, на которой остановится ртуть в трубке, должна быть в 13,6 раз меньше. Это позволило бы обойтись без 10-метровых трубок и проводить эксперименты, не выходя из комнаты.

Он налил ртуть в трубку высотой всего 4 фута (около 120 см). Один конец трубки был запаян, а отверстие на другом конце ученый закрывал пальцем. Держа трубку запаянным концом кверху, другой конец он окунул в стакан, также заполненный ртутью, и убрал палец от отверстия.

Как и вода, ртуть сначала стала вытекать, а потом остановилась. Торричелли измерил высоту ртутного столбика – получилось около 76 см, как он и ожидал!

Итак, гипотеза о том, что более плотная жидкость будет останавливаться на меньшей высоте, подтвердилась. Что же до вопроса, почему она останавливается, то Торричелли высказал мысль, что причина – давление воздуха, который «нажимает» на поверхность ртути в чашке.

Для того времени это была революционная идея.

С древности считалось, что из четырех природных элементов (земля, вода, воздух, огонь) самым тяжелым является земля, легче ее – вода, еще легче – воздух, а самый легкий – огонь. А раз так, рассуждали ученые, земля может давить на воду и воздух, а, скажем, воздух на воду – не может.

Опыты Торричелли вызвали бурное обсуждение ученых. Многие пытались их повторить, но получалось не у всех – тяжелая ртуть разбивала хрупкое стекло.

Рассказы об эксперименте итальянца дошли и до Франции. Конечно, Блез Паскаль не мог ими не заинтересоваться.

Как Паскаль проверял опыты Торричелли

К счастью, в Руане, где их семья прожила столько лет, были отличные мастера-стекольщики. Поэтому Блез смог подойти к экспериментам со всей серьезностью, как он привык с детства.

Сначала он проверил, будет ли зависеть высота водяного столба от формы трубки. Для этого он заказал трубки прямые, извилистые, с баллонами наверху и без них. Во всех вода останавливалась на тех же 10 м 30 см.

Потом Блез решил выяснить, что остается в верхней части трубки, когда из нее уходит вода. Разные ученые выдвигали разные версии: воздух, водяной пар, некая неизвестная «тонкая материя». Голоса, предполагавшие, что там остается пустота, вакуум, звучали несмело: со времен Аристотеля считалось, что природа не терпит пустоты, любое пространство должно быть чем-то заполнено – не водой, так воздухом.

Версия о «тонкой материи» Паскалю нравилась меньше всего: он привык доверять лишь фактам, которые можно проверить. А как можно верить в то, чего никто не видел, не ощущал и не наблюдал в действии? Так что он решил изучить более правдоподобные гипотезы.

Во дворе мастерской специально были установлены высокие корабельные мачты. Посмотреть на возню Паскаля с длиннющими стеклянными трубками, наполненными водой и вином, стекались зеваки со всего Руана. Однажды во дворе, где проводились опыты, собралось полтысячи человек! На их глазах Блез подвешивал трубки прямо и под углом. Под шум толпы наполнял их и открывал краны. Сотни руанцев становились свидетелями научных экспериментов и убеждались в том, во что не верили некоторые ученые мужи: более плотная жидкость опускается ниже менее плотной, прежде чем давление водяного столба станет равным давлению воздуха на поверхность жидкости в бочке.

Но возиться во дворе становилось все труднее – здоровье Блеза ухудшалось, его почти постоянно мучали разные боли. В конце концов они с Жаклин перебрались в Париж, и там сестра преданно ухаживала за братом. Бывали дни, когда Паскаль не мог даже подняться с постели. Когда же силы возвращались, Блез возобновлял свои опыты. Но теперь он проводил их с ртутью, что позволяло работать в лаборатории.

Используя стеклянные трубки самых замысловатых форм, помещая меньшие трубки в большие, он сумел доказать, что пространство, остающееся вверху запаянной трубки, когда оттуда вытечет ртуть, действительно ничем не заполнено. Похоже, что никакая «боязнь пустоты» не свойственна природе, что бы там ни говорили древние!

Дальнейшие эксперименты показали: в вакууме ртуть беспрепятственно вытекает из трубки. А значит, в обычных условиях ее действительно удерживает на высоте в 76 см давление воздуха, как и предполагал Торричелли.

Итак, вслед за учеником Галилея Блез Паскаль убедился, что мы живем «на дне воздушного океана». Над нами – толщи воздуха, которые постоянно, хотя и неощутимо давят на нас и на все, что нас окружает. Значит, делает вывод Паскаль, на большой высоте (например, в горах) давление будет меньше – ведь «столб воздуха» там будет ниже.