Страница:
Историческое развитие и нараставший прагматизм общественной жизни «времени купцов» предъявляли свои требования к ученому. На смену созерцательной натурфилософии приходит экспериментальное естествознание, вырабатываются количественные критерии для оценки природных явлений. Вот тут-то, то есть, по существу, в начале XVII века, и произошло зарождение современного исследования в полном смысле слова, исследования, претендующего дать целостное мировоззрение, не нуждающееся ни в чем потустороннем, объясняющее мир сам из себя, вернее, из эмпирически постижимых и исчисляемых объектов. «Именно в XVII веке, – писал известный французский ученый двадцатого столетия Луи де Бройль, – после начавшегося с конца средних веков периода медленного развития, продолжавшегося в течение двух веков эпохи Возрождения, физика встала на путь, который должен был привести к поразительным завоеваниям, в осуществлении которых участвуют с воодушевлением, а подчас и с беспокойством люди нашего времени». (А английский философ Бертран Рассел, склонный к парадоксальным формулировкам, высказывался даже в том духе, что если бы в XVII веке каким-то образом было убито в детстве сто ученых, то современный мир не существовал бы.)
В это время происходит переориентация в понимании реального, вырабатываются методологические основы естествознания нового времени. Главное значение приобретают наблюдения, измерения, эксперимент и основанные на них индуктивные умозаключения. У истоков такого понимания научного творчества стоит Бэкон. Характеризуя его как основателя современного естествознания, Маркс писал: «Настоящий родоначальник английского материализма и всей современной экспериментирующей науки – это Бэкон. Естествознание является в его глазах истинной наукой, а физика, опирающаяся на чувственный опыт, – важнейшей частью естествознания… Согласно его учению, чувства непогрешимы и составляют источник всякого знания. Наука есть опытная наука и состоит в применении рационального метода к чувственным данным. Индукция, анализ, сравнение, наблюдение, эксперимент суть главные условия рационального метода».
Если Бэкон особо выделил роль индукции, то Декарт в своих методологических построениях подчеркнул значение дедуктивного метода, строгого выведения частных следствий из общих положений. Стремясь освободиться от противоречивых мнений книжной науки, от философских принципов древних авторов, Декарт решил «не искать иной науки, кроме той, какую можно найти в самом себе или в великой книге мира», или, другими словами, строить лишь на чистом, освобожденном от всякого рода верований фундаменте с помощью одного-единственного архитектора – математического разума и выработанных этим разумом правил для надежного и безупречного отличия истинного от ложного. Такие правила позволяют, полагал Декарт, освободиться от заблуждений, затмевающих естественный свет человеческого разума, и определяют два взаимосвязанных вида достоверного и бесспорного знания: самоочевидные аксиомы, с ясностью и отчетливостью усматриваемые интеллектом, и положения, последовательно выводящиеся из этих аксиом. «Те длинные цепи выводов, сплошь легких, простых, которыми пользуются математики, чтобы дойти до своих наиболее трудных доказательств, дали мне повод представить себе, что и все вещи, которые могут стать предметом знания людей, находятся между собой в такой же последовательности. Таким образом, если остерегаться принимать за истинное что-либо, что таковым не является, и всегда наблюдать порядок, в каком следует выводить одно из другого, то не может существовать истин ни столь отдаленных, чтобы они были недостижимы, ни столь сокровенных, чтобы нельзя было их раскрыть». Декарт верил во всемогущество математики и считал, что с помощью ее ключей можно открыть любые тайны природы. Тем самым он выразил одну из основных претензий своего века – стремление «раздеть» мир, обнажив его математическую структуру, превратить мир, полный звуков и красок, в линию и число, абстрагируясь от конкретного своеобразия вещей. Осознание математики как универсального языка науки, желание свести философию к физике, физику – к математике, а качественные различия – к количественным отношениям, преобразовать наличные знания о мире в единообразную систему количественных закономерностей весьма характерны для естествознания нового времени. Для всеобщей математики, писал Декарт, главное – сама мера, и совершенно не существенно, в чем эта мера отыскивается. Количество в этом случае становится высшей реальностью, богом новой науки, ученый же уподобляется «усложненному» торговцу-счетоводу. Небезынтересно в этой связи суждение Маркса, что Декарт смотрел на свое дело глазами мануфактурного периода.
Итак, количественный подход, позволяющий наиболее абстрактным образом разрешать все частные проблемы, является еще одной первоклеткой (наряду с эмпирическим отношением факт – факт) той основы, с помощью которой стала изучаться природа в XVII веке. «Мы с Веруламцем (Бэконом. – Б. Г.), – замечал Декарт, – дополняем друг друга. Мои советы могут служить для общего объяснения Вселенной, его же – позволяют уточнять детали посредством необходимых опытов».
Бэкон и Декарт были скорее теоретиками-методологами нового естествознания. Чаяния того и другого органично воплотились в деятельности Галилея. «Философия, – писал Галилей, – написана в величайшей книге, которая постоянно открыта нашим глазам (я говорю о Вселенной), но нельзя ее понять, не научившись сперва понимать язык и различать знаки, которыми она написана. Написана же она языком математическим, и знаки ее суть треугольники, круги и другие математические фигуры». Именно на языке математики и еще эксперимента пытался он читать «великую книгу природы». Галилей тоже «раздевал» мир, когда писал, что не следует от внешних тел требовать чего-либо иного, чем величины, фигуры, количества и более или менее быстрого движения. Присутствуя однажды в храме среди молящихся прихожан, он усмотрел в колебаниях светильника определенную математическую закономерность. Его мысль в это время была далека и от Бога, и от места действия, и от назначения качающегося предмета, который превратился в абстрактную точку, описывающую некоторую кривую в абсолютном пространстве.
Тщательно продуманный эксперимент, отделение второстепенных факторов от главного в изучаемом явлении – такова еще одна существенная сторона практического метода Галилея. С помощью этого метода он заложил первоначальные основы динамики, изучал законы свободного падения тел, законы движения тела, брошенного под углом к горизонту, сохранения механической энергии при колебании маятника и т. п.
Галилей обогатил также прикладную оптику своим телескопом. «Астрономические очки», изобретенные в 1608 году, сразу же завоевали большую популярность среди европейских монархов и придворных ученых. Однако не все реагировали столь восхищенно на «увеличение» зрения, и, например, у Генриха IV энтузиазма «новые очки» не вызвали. «С удовольствием, – отвечал он французскому послу в Гааге, – взгляну на очки, о которых упоминается в вашем письме, хотя в настоящий момент я больше нуждаюсь в очках, помогающих видеть вблизи, чем в очках, помогающих видеть вдаль». Генрих IV, видимо, полагал, что важнее получше видеть происходящее вокруг и в самом человеке, нежели на далеких планетах. Галилей без устали рекламировал в высших кругах свой вариант довольно мощного по тем временам телескопа и одновременно проводил первые телескопические наблюдения, изучая спутники Юпитера, фазы Венеры, солнечные пятна, строение лунной поверхности. Наблюдаемые им планеты не походили на идеальные тела из небесной материи, и Галилей с решительностью «разбивал» кристалл небес, нанося, так сказать, экспериментальный удар по мысли перипатетиков и теологов о совершенстве и неизменности неба, о противопоставлении земного и небесного. С помощью механики он разрабатывал учение Коперника, и благодаря его усилиям гелиоцентрическая система мира, до того малоизвестная, завоевывает в первой половине XVII века всеобщее признание.
Научному творчеству Галилея, помимо всего прочего, присуще ярко выраженное критическое начало, стремление развенчать все метафизическое, эмпирически недоказуемое, разрушить любые утверждения, основывающиеся на авторитете Священного Писания или Аристотеля. Тех, кто апеллировал в своих построениях к авторитетам и пытался добыть истину из сопоставления текстов, Галилей называл «раболепными умами» и «докторами зубрежки». Он признавал только один авторитет – авторитет количества, только одно рабство – рабство перед фактом. Отсюда главное в изучаемом явлении – не его метафизический смысл, а причина, позволяющая извлечь из обследованного явления максимальную пользу.
В первой половине XVII века такое мировоззрение еще не набрало достаточной силы, а борьба «смысла» с «пользой» была в самом разгаре. Борьба эта отражала «переворачивание» средневековой картины мира в новое время, когда вместо созерцания и сопереживания мира появилась «деловая» потребность переделывать его. Паскаль волею судьбы оказался в центре этого «переворачивания».
6
7
В это время происходит переориентация в понимании реального, вырабатываются методологические основы естествознания нового времени. Главное значение приобретают наблюдения, измерения, эксперимент и основанные на них индуктивные умозаключения. У истоков такого понимания научного творчества стоит Бэкон. Характеризуя его как основателя современного естествознания, Маркс писал: «Настоящий родоначальник английского материализма и всей современной экспериментирующей науки – это Бэкон. Естествознание является в его глазах истинной наукой, а физика, опирающаяся на чувственный опыт, – важнейшей частью естествознания… Согласно его учению, чувства непогрешимы и составляют источник всякого знания. Наука есть опытная наука и состоит в применении рационального метода к чувственным данным. Индукция, анализ, сравнение, наблюдение, эксперимент суть главные условия рационального метода».
Если Бэкон особо выделил роль индукции, то Декарт в своих методологических построениях подчеркнул значение дедуктивного метода, строгого выведения частных следствий из общих положений. Стремясь освободиться от противоречивых мнений книжной науки, от философских принципов древних авторов, Декарт решил «не искать иной науки, кроме той, какую можно найти в самом себе или в великой книге мира», или, другими словами, строить лишь на чистом, освобожденном от всякого рода верований фундаменте с помощью одного-единственного архитектора – математического разума и выработанных этим разумом правил для надежного и безупречного отличия истинного от ложного. Такие правила позволяют, полагал Декарт, освободиться от заблуждений, затмевающих естественный свет человеческого разума, и определяют два взаимосвязанных вида достоверного и бесспорного знания: самоочевидные аксиомы, с ясностью и отчетливостью усматриваемые интеллектом, и положения, последовательно выводящиеся из этих аксиом. «Те длинные цепи выводов, сплошь легких, простых, которыми пользуются математики, чтобы дойти до своих наиболее трудных доказательств, дали мне повод представить себе, что и все вещи, которые могут стать предметом знания людей, находятся между собой в такой же последовательности. Таким образом, если остерегаться принимать за истинное что-либо, что таковым не является, и всегда наблюдать порядок, в каком следует выводить одно из другого, то не может существовать истин ни столь отдаленных, чтобы они были недостижимы, ни столь сокровенных, чтобы нельзя было их раскрыть». Декарт верил во всемогущество математики и считал, что с помощью ее ключей можно открыть любые тайны природы. Тем самым он выразил одну из основных претензий своего века – стремление «раздеть» мир, обнажив его математическую структуру, превратить мир, полный звуков и красок, в линию и число, абстрагируясь от конкретного своеобразия вещей. Осознание математики как универсального языка науки, желание свести философию к физике, физику – к математике, а качественные различия – к количественным отношениям, преобразовать наличные знания о мире в единообразную систему количественных закономерностей весьма характерны для естествознания нового времени. Для всеобщей математики, писал Декарт, главное – сама мера, и совершенно не существенно, в чем эта мера отыскивается. Количество в этом случае становится высшей реальностью, богом новой науки, ученый же уподобляется «усложненному» торговцу-счетоводу. Небезынтересно в этой связи суждение Маркса, что Декарт смотрел на свое дело глазами мануфактурного периода.
Итак, количественный подход, позволяющий наиболее абстрактным образом разрешать все частные проблемы, является еще одной первоклеткой (наряду с эмпирическим отношением факт – факт) той основы, с помощью которой стала изучаться природа в XVII веке. «Мы с Веруламцем (Бэконом. – Б. Г.), – замечал Декарт, – дополняем друг друга. Мои советы могут служить для общего объяснения Вселенной, его же – позволяют уточнять детали посредством необходимых опытов».
Бэкон и Декарт были скорее теоретиками-методологами нового естествознания. Чаяния того и другого органично воплотились в деятельности Галилея. «Философия, – писал Галилей, – написана в величайшей книге, которая постоянно открыта нашим глазам (я говорю о Вселенной), но нельзя ее понять, не научившись сперва понимать язык и различать знаки, которыми она написана. Написана же она языком математическим, и знаки ее суть треугольники, круги и другие математические фигуры». Именно на языке математики и еще эксперимента пытался он читать «великую книгу природы». Галилей тоже «раздевал» мир, когда писал, что не следует от внешних тел требовать чего-либо иного, чем величины, фигуры, количества и более или менее быстрого движения. Присутствуя однажды в храме среди молящихся прихожан, он усмотрел в колебаниях светильника определенную математическую закономерность. Его мысль в это время была далека и от Бога, и от места действия, и от назначения качающегося предмета, который превратился в абстрактную точку, описывающую некоторую кривую в абсолютном пространстве.
Тщательно продуманный эксперимент, отделение второстепенных факторов от главного в изучаемом явлении – такова еще одна существенная сторона практического метода Галилея. С помощью этого метода он заложил первоначальные основы динамики, изучал законы свободного падения тел, законы движения тела, брошенного под углом к горизонту, сохранения механической энергии при колебании маятника и т. п.
Галилей обогатил также прикладную оптику своим телескопом. «Астрономические очки», изобретенные в 1608 году, сразу же завоевали большую популярность среди европейских монархов и придворных ученых. Однако не все реагировали столь восхищенно на «увеличение» зрения, и, например, у Генриха IV энтузиазма «новые очки» не вызвали. «С удовольствием, – отвечал он французскому послу в Гааге, – взгляну на очки, о которых упоминается в вашем письме, хотя в настоящий момент я больше нуждаюсь в очках, помогающих видеть вблизи, чем в очках, помогающих видеть вдаль». Генрих IV, видимо, полагал, что важнее получше видеть происходящее вокруг и в самом человеке, нежели на далеких планетах. Галилей без устали рекламировал в высших кругах свой вариант довольно мощного по тем временам телескопа и одновременно проводил первые телескопические наблюдения, изучая спутники Юпитера, фазы Венеры, солнечные пятна, строение лунной поверхности. Наблюдаемые им планеты не походили на идеальные тела из небесной материи, и Галилей с решительностью «разбивал» кристалл небес, нанося, так сказать, экспериментальный удар по мысли перипатетиков и теологов о совершенстве и неизменности неба, о противопоставлении земного и небесного. С помощью механики он разрабатывал учение Коперника, и благодаря его усилиям гелиоцентрическая система мира, до того малоизвестная, завоевывает в первой половине XVII века всеобщее признание.
Научному творчеству Галилея, помимо всего прочего, присуще ярко выраженное критическое начало, стремление развенчать все метафизическое, эмпирически недоказуемое, разрушить любые утверждения, основывающиеся на авторитете Священного Писания или Аристотеля. Тех, кто апеллировал в своих построениях к авторитетам и пытался добыть истину из сопоставления текстов, Галилей называл «раболепными умами» и «докторами зубрежки». Он признавал только один авторитет – авторитет количества, только одно рабство – рабство перед фактом. Отсюда главное в изучаемом явлении – не его метафизический смысл, а причина, позволяющая извлечь из обследованного явления максимальную пользу.
В первой половине XVII века такое мировоззрение еще не набрало достаточной силы, а борьба «смысла» с «пользой» была в самом разгаре. Борьба эта отражала «переворачивание» средневековой картины мира в новое время, когда вместо созерцания и сопереживания мира появилась «деловая» потребность переделывать его. Паскаль волею судьбы оказался в центре этого «переворачивания».
6
Итак, одна из фундаментальных аксиом старой физики, опиравшейся на авторитет Аристотеля вплоть до XVII века, состояла в том, что природа боится пустоты, то есть в природе нет и не может быть пространства, которое не было бы заполнено каким-либо твердым, жидким или газообразным веществом. Пристрастие Аристотеля к формально-логическим умозрительным построениям, установление понятия абсолютно легкого и абсолютно тяжелого заставляли его считать, что воздух не может оказывать давления на воду. Поэтому для объяснения явлений всасывания жидкостей Аристотелю, как уже говорилось, пришлось принять гипотезу, что «природа не терпит пустоты» (horror vacui).
В силу этой гипотезы, примененной к конкретным инженерным проблемам, считалось, например, незыблемым, что вода может подниматься за поршнем на какую угодно высоту. Древние, писал Паскаль, вообразили, будто насос поднимает воду не только на 10 или 20 футов (что является очевидной истиной), но и на 50, 100 футов и вообще на любую желаемую высоту без всяких ограничений, а «наши устроители фонтанов даже сегодня утверждают, что они могут изготовить всасывающие насосы, которые могут поднять воду на высоту 60 футов».
Однако опытные данные явно противоречили подобным утверждениям. Сооружая в саду великого флорентийского герцога Козимо II Медичи фонтаны, устроители столкнулись с озадачившим их явлением: вода за поршнем поднималась по трубе только на 34 фута. Инженеры проверили свою машину, она оказалась в полном порядке, но вода тем не менее не поднималась выше. Когда обратились за объяснением к Галилею, то ученый ответил: природа-де боится пустоты, но вероятно эта боязнь не распространяется выше 34 футов. Галилей не мог удовлетворительно объяснить причин ограниченности высоты, на которую может подниматься жидкость в насосе. Это видно и из его «Бесед и математических доказательств, касающихся двух новых наук», которые написаны им в форме диалога в 1638 году. Участник научной дискуссии, приводимой в «Беседах…», дает пример, из которого следует, что ни насосами, ни другими всасывающими машинами нельзя поднять воду выше 18 локтей. Галилей устами другого участника диалога так объясняет это явление: «А так как каждое действие должно иметь одну истинную и ясную причину, я же не нахожу другого связующего средства, то не удовлетвориться ли нам одной найденной причиною – пустотою, признав ее достаточность?». Галилей, как видим, остановился при разрешении этой проблемы на знаке вопроса, не связав «боязнь пустоты» с воздушным давлением.
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».
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. «Волнение, вызванное 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.
В октябре 1646 года у Этьена Паскаля гостил проездом в Дьепп один из его знакомых, Пьер Пети, интендант фортификаций, увлекавшийся физическими опытами. Вблизи Дьеппа несколько лет назад полусгорел и затонул военный корабль, оттого что один матрос неосторожно закурил возле бочки с порохом. Обломок корабля должен был содержать 40 тысяч экю. Предприимчивый марселец Жан Прадин якобы изобрел и построил подводный аппарат, на котором можно «находиться шесть часов под водой с зажженной свечой», и собирался основательно прочесать подводный мир. Пети сгорал от нетерпения присутствовать на неслыханном зрелище. Он знал об эксперименте Торричелли и сообщил о нем семейству Паскалей. На обратном пути из Дьеппа Пети вновь остановился в Руане и повторил совместно с Блезом этот эксперимент, результаты которого оказались сходными с результатами итальянского опыта. Размышляя по поводу этого опыта, Паскаль отмечал, что он еще более утвердился во мнении, которое всегда разделял, что пустота не является чем-то невозможным и что природа не избегает пустоты с такой боязнью, как многие воображают.
Но мнение мнением, а простого повторения опыта было совсем недостаточно для категорического утверждения вытекавших из него следствий. Да и сам Блез не был окончательно уверен в своих заключениях; к тому же многочисленные противники «пустоты» заявляли, что верх трубки заполнен либо разреженным воздухом, либо испарениями жидкости, либо мировым эфиром, тонкой материей Декарта и т. д. Поэтому 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 со свойственной ему пылкой последовательностью. Для опровержения наличия в верхней части трубки разреженного воздуха он использует трубки различных форм (прямые, наклонные, оканчивающиеся стеклянным 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. Для опровержения гипотезы с парами жидкости Паскаль заказывает в мастерской, производящей стеклянные изделия, две стеклянные трубки длиной более двенадцати метров. Это было невероятно трудное для того времени дело, требовавшее к тому же больших денежных затрат. Стеклянные мастерские в Руане славились своими добротными изделиями, и трубки в конце концов были изготовлены. Их привязывают к корабельной мачте, находящейся прямо во дворе мастерской, и заполняют 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). Каков же должен быть результат, если верна гипотеза с парами ртути? Вино испаряется быстрее воды, и, следовательно, испарения вверху трубки с вином должны занимать большее место, а жидкость соответственно находиться на более низком уровне, чем в трубке с водой. При измерении же уровень жидкости составил 31 фут для воды и 31 фут 8 дюймов для вина. Итак, еще одна гипотеза была опровергнута.
В силу этой гипотезы, примененной к конкретным инженерным проблемам, считалось, например, незыблемым, что вода может подниматься за поршнем на какую угодно высоту. Древние, писал Паскаль, вообразили, будто насос поднимает воду не только на 10 или 20 футов (что является очевидной истиной), но и на 50, 100 футов и вообще на любую желаемую высоту без всяких ограничений, а «наши устроители фонтанов даже сегодня утверждают, что они могут изготовить всасывающие насосы, которые могут поднять воду на высоту 60 футов».
Однако опытные данные явно противоречили подобным утверждениям. Сооружая в саду великого флорентийского герцога Козимо II Медичи фонтаны, устроители столкнулись с озадачившим их явлением: вода за поршнем поднималась по трубе только на 34 фута. Инженеры проверили свою машину, она оказалась в полном порядке, но вода тем не менее не поднималась выше. Когда обратились за объяснением к Галилею, то ученый ответил: природа-де боится пустоты, но вероятно эта боязнь не распространяется выше 34 футов. Галилей не мог удовлетворительно объяснить причин ограниченности высоты, на которую может подниматься жидкость в насосе. Это видно и из его «Бесед и математических доказательств, касающихся двух новых наук», которые написаны им в форме диалога в 1638 году. Участник научной дискуссии, приводимой в «Беседах…», дает пример, из которого следует, что ни насосами, ни другими всасывающими машинами нельзя поднять воду выше 18 локтей. Галилей устами другого участника диалога так объясняет это явление: «А так как каждое действие должно иметь одну истинную и ясную причину, я же не нахожу другого связующего средства, то не удовлетвориться ли нам одной найденной причиною – пустотою, признав ее достаточность?». Галилей, как видим, остановился при разрешении этой проблемы на знаке вопроса, не связав «боязнь пустоты» с воздушным давлением.
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».
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. «Волнение, вызванное 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.
В октябре 1646 года у Этьена Паскаля гостил проездом в Дьепп один из его знакомых, Пьер Пети, интендант фортификаций, увлекавшийся физическими опытами. Вблизи Дьеппа несколько лет назад полусгорел и затонул военный корабль, оттого что один матрос неосторожно закурил возле бочки с порохом. Обломок корабля должен был содержать 40 тысяч экю. Предприимчивый марселец Жан Прадин якобы изобрел и построил подводный аппарат, на котором можно «находиться шесть часов под водой с зажженной свечой», и собирался основательно прочесать подводный мир. Пети сгорал от нетерпения присутствовать на неслыханном зрелище. Он знал об эксперименте Торричелли и сообщил о нем семейству Паскалей. На обратном пути из Дьеппа Пети вновь остановился в Руане и повторил совместно с Блезом этот эксперимент, результаты которого оказались сходными с результатами итальянского опыта. Размышляя по поводу этого опыта, Паскаль отмечал, что он еще более утвердился во мнении, которое всегда разделял, что пустота не является чем-то невозможным и что природа не избегает пустоты с такой боязнью, как многие воображают.
Но мнение мнением, а простого повторения опыта было совсем недостаточно для категорического утверждения вытекавших из него следствий. Да и сам Блез не был окончательно уверен в своих заключениях; к тому же многочисленные противники «пустоты» заявляли, что верх трубки заполнен либо разреженным воздухом, либо испарениями жидкости, либо мировым эфиром, тонкой материей Декарта и т. д. Поэтому 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 со свойственной ему пылкой последовательностью. Для опровержения наличия в верхней части трубки разреженного воздуха он использует трубки различных форм (прямые, наклонные, оканчивающиеся стеклянным 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. Для опровержения гипотезы с парами жидкости Паскаль заказывает в мастерской, производящей стеклянные изделия, две стеклянные трубки длиной более двенадцати метров. Это было невероятно трудное для того времени дело, требовавшее к тому же больших денежных затрат. Стеклянные мастерские в Руане славились своими добротными изделиями, и трубки в конце концов были изготовлены. Их привязывают к корабельной мачте, находящейся прямо во дворе мастерской, и заполняют 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). Каков же должен быть результат, если верна гипотеза с парами ртути? Вино испаряется быстрее воды, и, следовательно, испарения вверху трубки с вином должны занимать большее место, а жидкость соответственно находиться на более низком уровне, чем в трубке с водой. При измерении же уровень жидкости составил 31 фут для воды и 31 фут 8 дюймов для вина. Итак, еще одна гипотеза была опровергнута.
7
Летом 1647 года здоровье Блеза ухудшается, и он вместе с Жаклиной переезжает в Париж. В Париже они усердно посещают проповеди Сенглена, духовного наставника отшельников и монахинь Пор-Рояля. Сенглен не был красноречивым и витиеватым оратором. Его мысли были просты, доходчивы и суровы. Основной их пафос заключался в том, что истинный христианин должен совершенно отказаться от светской жизни, что земные привязанности служат для человека лишь предметом раскаяния. Эти мысли, пишет Жильберта, находили живой отклик в сердцах брата и сестры.
Но не только помыслы о совершенной жизни наполняют в это время ум Паскаля. Он продолжает интенсивно заниматься физическими исследованиями, встречается с учеными Парижа, обсуждает с ними различные научные проблемы. Почти всегда ему приходится для этого превозмогать собственные недуги, все более усиливающиеся головные и желудочные боли. Иногда он даже не может отвечать на письма родных и, извиняясь за молчание, пишет однажды своей старшей сестре, что у него почти нет таких часов, когда здоровье и свободное время совмещаются друг с другом. В таком положении Жаклина оказывается для Блеза незаменимой помощницей. Она по-матерински ласково и заботливо ухаживает за больным братом, готовит для него горячие ванны, делает кровопускания. Восхищенно любящая сестра и терпеливо-нежная сиделка, она является одновременно и секретарем, доверенным лицом Блеза, пытаясь при этом как-то остужать его научный пыл и немного задерживая его беседу с Декартом.
24 сентября происходит вторая и последняя встреча двух ученых. Декарт справляется о здоровье Паскаля, советует ему почаще пить крепкие бульоны и оставаться в постели по утрам до появления усталости от лежания (так делал сам Декарт в течение всей своей жизни: еще в коллегии Ля Флеш ему отменили в виде исключения общий подъем, и в последующие годы он не изменял этой привычке, предаваясь в лежачем положении различным размышлениям; один из биографов Декарта замечает даже, что многими открытиями Декарта в области философии и математики мы обязаны его утренним лежаниям). Затем беседа, длившаяся около трех часов, переходит в русло злободневных научных проблем. (К великому сожалению, более конкретные подробности этой беседы двух великих современников остались неизвестны.)
Вскоре после приезда в Париж Блез узнает через Мерсенна о неприятном для себя факте. Секретарь польской королевы Денуайе сообщил в письме к «главному почтмейстеру» ученой Европы о том, что в Польше нашелся некий капуцин Валериан Магни, который стремится доказать в противоположность Аристотелю наличие пустоты в природе. К письму была приложена отпечатанная брошюра, в которой Магни описывал свой опыт, аналогичный эксперименту Торричелли и Паскаля, претендуя на оригинальность и первенство в этой области исследования.
Приоритет Блеза, как и в случае с арифметической машиной, неожиданно оказался под сомнением, что весьма остро задевает самолюбие молодого ученого. Опять возникает необходимость защиты и доказательства собственной правоты. В сентябре Роберваль написал Денуайе пространное письмо, в котором приводил магистральные опыты Паскаля в Руане, называя капуцина «вором из Польши». Вопрос о зависимости Магни от своих предшественников неясен. Большинство науковедов, занимающихся этим вопросом, склоняется к тому, что он к началу своих экспериментов достаточно хорошо знал об опыте Торричелли и просто повторил его без всяких доказательств, новых исследований и твердых формулировок.
Тем не менее, задетый за живое, Блез вынужден в октябре 1647 года опубликовать небольшой трактат под названием «Новые опыты, касающиеся пустоты», являющийся частью более широкого и полного трактата о пустоте, задуманного Паскалем, но так и не осуществленного. Появившийся трактат посвящается отцу и резюмирует проведенные к этому времени Блезом эксперименты. Вот как он сам объясняет во вступлении вынужденное сокращение своего сочинения: «…Я посчитал необходимым дать заранее сокращенный вариант трактата, ибо сделал большие расходы, отдал много труда и времени на эксперименты и боюсь, как бы другой, не потративший ни того, ни другого, ни третьего, не опередил меня и не представил публике вещей, которых он сам никогда не видел и, следовательно, не может их точно передать и вывести одну из другой в необходимом порядке: нет такого человека, у которого были бы трубки и сифоны такой длины, как у меня, и мало тех, у кого хватило бы терпения заиметь их…». Далее Паскаль открещивается от не принадлежащих ему заслуг, от мнений тех людей, которые пожелали бы приписать ему «итальянский эксперимент», но и не собирается уступать того нового, что изобрел он сам. Защищать и отвоевывать свое ему придется еще не раз…
Во вступлении Блез отмечает также, что очевидность итальянского эксперимента все еще продолжает подвергаться сомнению: сила предубеждения заставляет одних исследователей «заполнять» верх трубки духами ртути, других – маленькими частицами разреженного воздуха, третьих – материей, которая существует лишь в их воображении. Все они, пишет он, стремясь изгнать пустоту, упражняются в тонкости и изворотливости ума, который для разрешения истинных затруднений приводит в качестве доказательств бессодержательные словесные хитросплетения. «Поэтому я решил, – формулирует Блез главную задачу трактата, – провести такие эксперименты, которые могли бы устоять перед любыми возражениями, какие только можно сделать».
Основная часть трактата включала в себя три раздела: в первом разделе описывались проведенные Паскалем существенные эксперименты, во втором – показывались следствия, вытекавшие из них, третий же раздел представлял собой общее заключение. К каким же обобщениям приходит Паскаль, подытоживая свои опыты? В выводах он был весьма и весьма осторожен, точнее, отрицательно-осторожен. К тому времени он еще не стал полным сторонником отсутствия в природе horror vacui, не разделял он и мнения тех, кто утверждал, что природа абсолютно не выносит пустоты. Природа, считает Блез, боится пустоты, но эта «боязнь» ограниченна и имеет пределы. Вывод, как видим, весьма сходен с ответом, данным Галилеем устроителям фонтанов. Рассуждая же о природе пространства в верхней части трубки, он замечает, что кажущееся пустым пространство не заполнено: воздухом, который не проникает извне через поры в стекле трубки; духами жидкости, парами этой жидкости и т. д. Таким образом, пишет Паскаль, кажущееся пустым пространство не заполнено никакими известными в природе веществами, которые могут ощущаться человеком; и можно считать это пространство действительно пустым, до тех пор пока экспериментально не доказано существования там какого-либо вещества.
Несмотря на всю наглядность опытов, Паскаль в своем сочинении не говорит о тяжести воздуха. Весь его интерес сосредоточен на доказательстве возможности пустоты и того, что «боязнь пустоты» в природе имеет предел.
В то время, как Блез погружен в свою физику, Жаклина становится все набожнее и не пропускает ни одной проповеди Сен-глена. Вскоре у нее зарождается мысль стать монашенкой Пор-Рояля. Брат поддерживает намерение сестры и помогает ей через посредство Гийебера, находящегося в эту пору в Париже, завязать отношения с настоятельницей монастыря матерью Анжеликой, с приветливой монахиней Агнессой и с самим Сенгленом, ставшим духовником Жаклины. Жаклина с редким для новичка смирением и послушанием внимает советам и наставлениям своего духовника. Но для того, чтобы принять монашеский постриг, необходимо поговорить с отцом, который находится еще в Руане и должен скоро приехать в Париж. Блез берет эти переговоры на себя, остается только ждать приезда Этьена Паскаля…
Но не только помыслы о совершенной жизни наполняют в это время ум Паскаля. Он продолжает интенсивно заниматься физическими исследованиями, встречается с учеными Парижа, обсуждает с ними различные научные проблемы. Почти всегда ему приходится для этого превозмогать собственные недуги, все более усиливающиеся головные и желудочные боли. Иногда он даже не может отвечать на письма родных и, извиняясь за молчание, пишет однажды своей старшей сестре, что у него почти нет таких часов, когда здоровье и свободное время совмещаются друг с другом. В таком положении Жаклина оказывается для Блеза незаменимой помощницей. Она по-матерински ласково и заботливо ухаживает за больным братом, готовит для него горячие ванны, делает кровопускания. Восхищенно любящая сестра и терпеливо-нежная сиделка, она является одновременно и секретарем, доверенным лицом Блеза, пытаясь при этом как-то остужать его научный пыл и немного задерживая его беседу с Декартом.
24 сентября происходит вторая и последняя встреча двух ученых. Декарт справляется о здоровье Паскаля, советует ему почаще пить крепкие бульоны и оставаться в постели по утрам до появления усталости от лежания (так делал сам Декарт в течение всей своей жизни: еще в коллегии Ля Флеш ему отменили в виде исключения общий подъем, и в последующие годы он не изменял этой привычке, предаваясь в лежачем положении различным размышлениям; один из биографов Декарта замечает даже, что многими открытиями Декарта в области философии и математики мы обязаны его утренним лежаниям). Затем беседа, длившаяся около трех часов, переходит в русло злободневных научных проблем. (К великому сожалению, более конкретные подробности этой беседы двух великих современников остались неизвестны.)
Вскоре после приезда в Париж Блез узнает через Мерсенна о неприятном для себя факте. Секретарь польской королевы Денуайе сообщил в письме к «главному почтмейстеру» ученой Европы о том, что в Польше нашелся некий капуцин Валериан Магни, который стремится доказать в противоположность Аристотелю наличие пустоты в природе. К письму была приложена отпечатанная брошюра, в которой Магни описывал свой опыт, аналогичный эксперименту Торричелли и Паскаля, претендуя на оригинальность и первенство в этой области исследования.
Приоритет Блеза, как и в случае с арифметической машиной, неожиданно оказался под сомнением, что весьма остро задевает самолюбие молодого ученого. Опять возникает необходимость защиты и доказательства собственной правоты. В сентябре Роберваль написал Денуайе пространное письмо, в котором приводил магистральные опыты Паскаля в Руане, называя капуцина «вором из Польши». Вопрос о зависимости Магни от своих предшественников неясен. Большинство науковедов, занимающихся этим вопросом, склоняется к тому, что он к началу своих экспериментов достаточно хорошо знал об опыте Торричелли и просто повторил его без всяких доказательств, новых исследований и твердых формулировок.
Тем не менее, задетый за живое, Блез вынужден в октябре 1647 года опубликовать небольшой трактат под названием «Новые опыты, касающиеся пустоты», являющийся частью более широкого и полного трактата о пустоте, задуманного Паскалем, но так и не осуществленного. Появившийся трактат посвящается отцу и резюмирует проведенные к этому времени Блезом эксперименты. Вот как он сам объясняет во вступлении вынужденное сокращение своего сочинения: «…Я посчитал необходимым дать заранее сокращенный вариант трактата, ибо сделал большие расходы, отдал много труда и времени на эксперименты и боюсь, как бы другой, не потративший ни того, ни другого, ни третьего, не опередил меня и не представил публике вещей, которых он сам никогда не видел и, следовательно, не может их точно передать и вывести одну из другой в необходимом порядке: нет такого человека, у которого были бы трубки и сифоны такой длины, как у меня, и мало тех, у кого хватило бы терпения заиметь их…». Далее Паскаль открещивается от не принадлежащих ему заслуг, от мнений тех людей, которые пожелали бы приписать ему «итальянский эксперимент», но и не собирается уступать того нового, что изобрел он сам. Защищать и отвоевывать свое ему придется еще не раз…
Во вступлении Блез отмечает также, что очевидность итальянского эксперимента все еще продолжает подвергаться сомнению: сила предубеждения заставляет одних исследователей «заполнять» верх трубки духами ртути, других – маленькими частицами разреженного воздуха, третьих – материей, которая существует лишь в их воображении. Все они, пишет он, стремясь изгнать пустоту, упражняются в тонкости и изворотливости ума, который для разрешения истинных затруднений приводит в качестве доказательств бессодержательные словесные хитросплетения. «Поэтому я решил, – формулирует Блез главную задачу трактата, – провести такие эксперименты, которые могли бы устоять перед любыми возражениями, какие только можно сделать».
Основная часть трактата включала в себя три раздела: в первом разделе описывались проведенные Паскалем существенные эксперименты, во втором – показывались следствия, вытекавшие из них, третий же раздел представлял собой общее заключение. К каким же обобщениям приходит Паскаль, подытоживая свои опыты? В выводах он был весьма и весьма осторожен, точнее, отрицательно-осторожен. К тому времени он еще не стал полным сторонником отсутствия в природе horror vacui, не разделял он и мнения тех, кто утверждал, что природа абсолютно не выносит пустоты. Природа, считает Блез, боится пустоты, но эта «боязнь» ограниченна и имеет пределы. Вывод, как видим, весьма сходен с ответом, данным Галилеем устроителям фонтанов. Рассуждая же о природе пространства в верхней части трубки, он замечает, что кажущееся пустым пространство не заполнено: воздухом, который не проникает извне через поры в стекле трубки; духами жидкости, парами этой жидкости и т. д. Таким образом, пишет Паскаль, кажущееся пустым пространство не заполнено никакими известными в природе веществами, которые могут ощущаться человеком; и можно считать это пространство действительно пустым, до тех пор пока экспериментально не доказано существования там какого-либо вещества.
Несмотря на всю наглядность опытов, Паскаль в своем сочинении не говорит о тяжести воздуха. Весь его интерес сосредоточен на доказательстве возможности пустоты и того, что «боязнь пустоты» в природе имеет предел.
В то время, как Блез погружен в свою физику, Жаклина становится все набожнее и не пропускает ни одной проповеди Сен-глена. Вскоре у нее зарождается мысль стать монашенкой Пор-Рояля. Брат поддерживает намерение сестры и помогает ей через посредство Гийебера, находящегося в эту пору в Париже, завязать отношения с настоятельницей монастыря матерью Анжеликой, с приветливой монахиней Агнессой и с самим Сенгленом, ставшим духовником Жаклины. Жаклина с редким для новичка смирением и послушанием внимает советам и наставлениям своего духовника. Но для того, чтобы принять монашеский постриг, необходимо поговорить с отцом, который находится еще в Руане и должен скоро приехать в Париж. Блез берет эти переговоры на себя, остается только ждать приезда Этьена Паскаля…