Ариэль Дюрант – Век Людовика XIV (страница 144)
Прочитав о воздушном насосе Герике, Бойль с помощью Гука (1657) разработал «пневматический двигатель» для изучения свойств атмосферы. С помощью этого и последующих насосов он доказал, что столбик ртути в барометре поддерживается атмосферным давлением, и приблизительно измерил плотность воздуха. Он развил предполагаемый эксперимент Галилея в Пизе, показав, что даже в неполном вакууме пучок перьев падает так же быстро, как камень. Он показал, что свет не подвержен влиянию вакуума и, следовательно, не использует воздух в качестве среды передачи, как звук; и он подтвердил демонстрацию Герике о том, что воздух необходим для жизни. (Когда мышь потеряла сознание в вакуумной камере, он остановил эксперимент и оживил ее, впустив воздух). Мы видим интернационал науки в действии, когда узнаем, что работа Бойля подтолкнула Герике к созданию лучшего воздушного насоса и возобновлению научных исследований; а Гюйгенс, посетивший Бойля в 1661 году, был побужден к созданию аналогичных приборов и проведению опытов.
Бойль продолжал творчески исследовать рефракцию, кристаллы, удельную плотность, гидростатику и теплоту. Свой вклад в физику он увенчал формулировкой закона, носящего его имя: давление воздуха или любого газа изменяется обратно пропорционально его объему — или что при постоянной температуре давление газа, умноженное на его объем, постоянно. Впервые он озвучил этот принцип в 1662 году и щедро приписал его своему ученику Ричарду Таунли. Гук пришел к той же формуле в 1660 году путем самостоятельных экспериментов, но обнародовал ее только в 1665 году. Французский священник Эдме Мариотт примерно в то же время, что и Бойль, пришел к аналогичному выводу — «воздух сжимается в зависимости от действующего на него веса»; он опубликовал его в 1676 году, и на континенте его имя, а не имя Бойля, прикреплено к закону атмосферного давления. Каким бы ни было его происхождение, он стал одним из родоначальников парового двигателя и промышленной революции.
Бойль и Гук последовали мнению Бэкона, что «теплота — это движение расширения не равномерно всего тела, а в меньших его частях». 39 Описывая тепло как «свойство, возникающее в теле в результате движения или возбуждения его частей», Гук отличал его от огня и пламени, которые он приписывал действию воздуха на нагретые тела. «Все тела, — говорил Гук, — в той или иной степени обладают теплотой», поскольку «части всех тел, хотя и никогда не бывают твердыми, все же вибрируют»; 40 Холод — это всего лишь отрицательное понятие. Мариотт забавлял своих друзей, показывая, что «холод» может гореть: с помощью вогнутой плиты льда он направлял солнечный свет на порох, заставляя его взрываться. Друг Спинозы граф Эренфрид Вальтер фон Чирнхаус расплавил фарфор и серебряные доллары, сфокусировав на них солнечный свет.
В физике звука два англичанина, Уильям Нобл и Томас Пигот, отдельно показали (ок. 1673 г.), что не только целая, но и различные части струны могут вибрировать с различными обертонами, сочувствуя близкой и родственной струне, которую щипают, ударяют или кланяются. Декарт предложил это Мерсенну, а Жозеф Совер, работая над этой идеей, независимо пришел к результатам, аналогичным результатам англичан (1700); отметим мимоходом, что Совер, который впервые использовал слово «акустика», был глухонемым с младенчества. 41 В 1711 году Джон Шор изобрел вилку для настройки. Попытки определить скорость звука предпринимались в этот период Борелли, Вивиани, Пикаром, Кассини, Гюйгенсом, Фламстедом, Бойлем, Галлеем и Ньютоном; Бойль, определив ее в 1126 футов в секунду, оказался ближе всего к нашей современной оценке. Уильям Дерхем указал (1708 г.), что эти знания можно использовать для расчета расстояния до грозы, наблюдая за промежутком времени между вспышкой молнии и раскатом грома.
Вторая половина семнадцатого века стала, пожалуй, самой яркой эпохой в истории физики света. Во-первых, что такое сам свет? Гук, всегда готовый вникать в трудности, рискнул предположить, что свет — это «не что иное, как особое движение частей светящегося тела». 42-т. е. свет отличается от тепла только более быстрым движением составляющих тело частиц.* Во-вторых, с какой скоростью он движется? До сих пор ученые полагали, что скорость света бесконечна, и даже смельчак Гук считал ее в любом случае слишком большой для измерения. В 1675 году Олаус Рёмер, датский астроном, привезенный Пикаром в Париж, доказал, что скорость света конечна, заметив, что период затмения самого внутреннего спутника Юпитера меняется в зависимости от того, движется Земля к планете или удаляется от нее; Вычислениями, основанными на времени оборота спутника и диаметре земной орбиты, он показал, что изменение наблюдаемого времени затмения связано со временем, затрачиваемым светом от спутника на прохождение орбиты Земли; и на этой тонкой основе он вычислил скорость света, равную примерно 120 000 миль в секунду. (Современная оценка составляет 186 000 миль).
Но как передавался свет? Двигался ли он по прямым линиям? Если да, то как он обходит углы? Франческо Гримальди, иезуитский профессор в Болонье, открыл и назвал (1665) явление дифракции: лучи света, проходящие через небольшое отверстие в темную комнату, распространяются по противоположной стене более широко, чем это можно было бы предположить при проведении прямой линии от источника к стене, и что лучи света слегка отклоняются от прямой линии, когда они проходят по краям непрозрачного тела; эти и другие открытия заставили Гримальди принять предположение Леонардо да Винчи о том, что свет движется расширяющимися волнами. Гук согласился, но именно Гюйгенс создал волновую теорию, которая до сих пор популярна среди физиков. В другой классической работе современной науки, «Трактате о свете» (1690), Гюйгенс изложил выводы, к которым он пришел в результате исследований, начатых за двенадцать лет до этого: свет передается гипотетическим веществом, которое он назвал эфиром (от греческого слова «небо») и которое он представлял состоящим из маленьких, твердых, упругих тел, передающих свет в виде последовательных сферических волн, распространяющихся от источника свечения. На основе этой теории он сформулировал законы отражения, преломления и двойного преломления; он приписал обволакивающему движению волн способность света обходить углы и непрозрачные предметы; он объяснил прозрачность, предположив, что частицы эфира настолько малы, что могут перемещаться вокруг и между частицами, составляющими прозрачные жидкости и твердые тела. Но он признался, что не может объяснить поляризацию; это стало одной из причин, по которой Ньютон отверг волновую гипотезу и предпочел корпускулярную теорию света.
В семнадцатом веке после работ Гилберта и Кирхера по магнетизму и Кабео по электрическому отталкиванию в изучении электричества были достигнуты лишь скромные успехи. Галлей изучал влияние земного магнетизма на иглы компаса и первым признал связь между земным магнетизмом и бореальной авророй (1692). В 1672 году Герике сообщил о некоторых экспериментах по изучению электричества при трении. Шар из серы, вращаясь относительно его руки, притягивал бумагу, перья и другие легкие предметы и увлекал их за собой во время вращения; он уподобил это действию земли, увлекающей за собой предметы, находящиеся на ее поверхности или вблизи нее. Он подтвердил электрическое отталкивание, показав, что перо, помещенное между наэлектризованным шаром и полом, перескакивает с одного на другой. Он стал пионером в изучении проводимости, доказав, что электрический заряд может перемещаться по льняной нити, и что тела могут электризоваться, если их поднести к наэлектризованному шару. Фрэнсис Хауксби, член Королевского общества, разработал (1705–9 гг.) более совершенный метод получения электричества, быстро вращая истощенный стеклянный шар и прикладывая его к руке; при этом контакты давали искры длиной в дюйм, достаточно светлые для чтения. Другой англичанин, Уолл, получив похожие искры, сравнил их звук и свет с громом и молнией (1708). Ньютон сделал такое же сравнение в 1716 году; Франклин подтвердил эту связь в 1749 году. Так, год за годом, разум за разумом, непроницаемая необъятность отдает какой-то дразнящий, манящий фрагмент своей тайны.
VI. ХИМИЯ
В этом замечательном веке из экспериментов и причуд алхимии развилась наука химия. Промышленность уже давно накапливала химические знания благодаря таким операциям, как выплавка железа, дубление кож, смешивание красителей, варка пива; но исследование веществ в их составе, сочетании и превращении было по большей части оставлено алхимикам, ищущим золото, или фармакологам, придумывающим лекарства, или философам, от Демокрита до Декарта, ломающим голову над строением материи. Некоторое приближение к химии было сделано Андреасом Либавиусом в 1597 году и Яном ван Гельмонтом в 1640 году, но оба этих человека разделяли надежду алхимика на превращение «основного» металла в золото. Бойль и сам проводил эксперименты с этой целью. В 1689 году он добился отмены старого английского закона, запрещавшего «умножать золото и серебро». 43 а после смерти (1691 г.) он оставил своим душеприказчикам некоторое количество красной земли с инструкциями по превращению ее в золото. 44 Теперь, когда трансмутация металлов стала клише химии, мы можем аплодировать науке в алхимии, осуждая и скрывая зуд к золоту.