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.
Кстати, позже Паскаль подсчитал массу всего воздуха в атмосфере Земли. У него получилось 8,5 триллиона французских фунтов – около 4 миллиардов тонн. Сейчас считается, что масса атмосферы составляет 4,5 квадриллиона тонн, то есть в миллион раз больше. Это число выглядит так: 4 500 000 000 000 000.
Доверять выводам, не опирающимся на практику, Блез не умел: он всегда считал эксперименты «единственной основой физики». Но в Париже нет гор. Да и сил Паскаля явно недостаточно для горных прогулок. К мучительным головным болям и «чрезмерному жару во внутренностях», которые терзают его уже многие годы, добавляется частичный паралич ног. Даже по дому он не может передвигаться без костылей.
К счастью, у него есть родственники, живущие в окружении потухших вулканов! Жильберта и ее семья живут в Оверни, в их родном Клермоне. А ее муж, Флоран Перье, хоть и не ученый, но очень интересуется наукой. Они не раз обсуждали с Блезом нерешенные проблемы физики и математики и лично, и в письмах. Флоран был в курсе опытов Блеза со ртутью.
Сгорая от нетерпения, Блез пишет письмо в Клермон. Он просит Флорана, взяв все необходимое оборудование, подняться на Пюи-де-Дом – гору высотой в полтора километра – и сделать нужные измерения.
Флорану в то время было уже за сорок, но он без колебаний взялся помочь своему родственнику и другу. Более того, к нему присоединились и другие уважаемые горожане: священники, чиновники, юристы. Дождавшись хорошей погоды, 19 сентября 1648 года они, нагруженные стеклянными трубками и колбами с ртутью, пришли к подножию Пюи-де-Дом. Здесь они налили в две трубки по 16 фунтов[7] ртути, сделали первые замеры и разделились: часть осталась наблюдать за первой трубкой, остальные же полезли в гору.
Научная «экспедиция» длилась целый день, но уже совсем скоро Флоран смог отправить Блезу письмо с радостной вестью: его гипотеза подтвердилась! На вершине горы высота ртутного столба была на семь с лишним сантиметров меньше, чем внизу. Более того, добровольные помощники делали еще несколько остановок на разной высоте, и везде их наблюдения подтверждали: чем больше высота, тем меньше давление воздуха. В контрольной же трубке у подножия горы ртуть оставалась на одном и том же уровне.
Вернувшись с гор, клермонцы не поленились влезть еще и на самую высокую башню собора (того самого, где собирались будущие крестоносцы). Так что Блез в Париже получил самую точную и подробную информацию.
А уж работать с точной информацией он любил больше всего на свете! Обдумав данные, Паскаль пришел к нескольким выводам.
Во-первых, он окончательно убедился, что никакой «боязни пустоты», якобы присущей природе, не существует. Глупо ведь предполагать, что эта «боязнь» у подножия горы может быть меньше, чем на вершине!
Во-вторых, он понял, что величина атмосферного давления зависит от высоты над уровнем моря – или, как писал он сам, «расстояния от центра земли». С помощью трубок с ртутью можно узнать, находятся ли две разные точки земного шара на одной высоте.
Со временем Паскаль пришел к выводу, что атмосферное давление меняется также в зависимости от погоды: скажем, перед дождем оно ниже, чем в ясный день. И по сей день давление измеряют при помощи трубок, наполненных ртутью. Этот прибор называется барометром. В прогнозах погоды так и говорят: «Атмосферное давление – 756 миллиметров ртутного столба».
Паскаль всегда подчеркивал, что изначальный эксперимент с ртутью – идея Эванжелисты Торричелли. Он отдавал должное своему предшественнику, как и ученые всего мира: пространство в трубке, оставшееся после опускания ртути, было названо «торричеллиевой пустотой», а миллиметр ртутного столба иначе называют «торром» – тоже в честь итальянца. Однако в принятой сегодня международной системе единица измерения давления названа «паскалем». Один торр примерно равен 133 паскалям.
В-третьих, он догадался, что воздух во многом имеет те же свойства, что и вода: вес, плотность, объем. А значит, закономерности, действующие в жидкостях, применимы и к газам.
Обобщив все наблюдения, за несколько следующих лет Паскаль написал «Трактат о равновесии жидкостей». В нем он понятным языком, доступным обычному человеку, рассказал о том, как жидкость давит на находящиеся в ней предметы – не только сверху, но и сбоку, и даже снизу, причем со всех сторон одинаково. Этот принцип лег в основу новой науки – гидростатики, и был назван «законом Паскаля».
Написал Блез и о том, что давление воды на дно не зависит от количества жидкости или формы сосуда, а только от уровня жидкости. Это значит, что если в два разных сосуда налить воду до одной высоты, то литр воды в широкой посудине будет давить на дно с такой же силой, как 100 граммов, налитых в узкую трубку.
Это привело его к идее гидравлического пресса. Паскаль описал это так: если в сосуде, наполненном водой, сделать два отверстия, одно больше другого в сто раз, и вставить в них поршни, то сила одного человека, давящего на меньший поршень, будет равна силе 100 человек, давящих на больший поршень. Что это значит? Это значит, что если взять большую цистерну и в одной ее стенке сделать маленький лючок, на которой мог бы давить один человек, а с другой – огромный люк, в который может упереться сразу сотня, то один человек удержал бы свой маленький лючок. А вот если бы кто-то из сотни отпустил люк со своей стороны, то 99 не смогли бы справиться с давлением, которое создает один человек с маленьким лючком.
Нужно добавить, что прирожденная потребность Паскаля проверять все самостоятельно все равно дала о себе знать. Хотя он полностью доверял Флорану, но тем не менее сам повторил опыт с трубками, наполненными ртутью. Для этого он влез на 50-метровую башню Сен-Жак в Париже и там собственными глазами убедился, что высота ртутного столба наверху меньше, чем у подножия башни.
Сегодня под колоннадой башни Сен-Жак стоит памятник Блезу Паскалю – человеку, который хотел раскрыть все тайны природы.
Какой странный факт заставил ученых ставить опыты с водой и трубами?
Какую революционную идею высказал Эванжелиста Торричелли, проведя опыт с ртутью?
Что по мнению Паскаля было «единственной основой физики»?
Как Блез решил вопрос с отсутствием гор в Париже? Кто помог ему провести эксперимент? к каким выводам пришел наш герой?
Глава восьмая, в которой говорится о потерях, страданиях и способах с ними справляться
Середина 17 века была тяжелой как для Блеза Паскаля, так и для Франции. И аристократия, и простой народ были недовольны правлением кардинала Мазарини, который стал первым министром после смерти Ришелье. По стране прокатилась буря восстаний. Летом 1648-го Париж покрылся баррикадами, бунтовщики даже хотели штурмовать королевский дворец Лувр. Королеве и кардиналу Мазарини пришлось бежать из столицы.
Позже правительственные войска взяли Париж в осаду. Протестующие (их называли «фрондёрами») остались без еды, так что через несколько месяцев им пришлось пойти на мировую.
Все эти тревожные месяцы Блез и Жаклин оставались в городе. Незадолго до начала событий к ним переехал из Руана отец. Новый министр отменил должность Этьена, и оставаться в Нормандии больше не было смысла.
Как только дороги в Париж и из Парижа снова открыли, Паскали отправились в родную Овернь, к Жильберте и ее семье.
В Клермон-Ферране были счастливы видеть Этьена: за прошедшие годы жители города не забыли его справедливости. С радостью приветствовали Блеза – в свои 25 лет он был широко известен благодаря арифметической машине и другим научным работам. А вот Жаклин всех поставила в тупик. По прежним приездам ее помнили веселой резвушкой, сочинительницей изящных стихов, душой общества. Сейчас же она изменилась до неузнаваемости: не хотела встречаться ни с кем, кроме самых близких родственников; целыми днями сидела взаперти, читала молитвы, вязала из грубой шерсти кофты и носки для бедняков; коротко остригла волосы, выходила только в церковь и одевалась при этом в темную бесформенную одежду с капюшоном. Юная женщина твердо решила стать монахиней.
Старший брат поддерживал Жаклин, да и Жильберта относилась к ее решению с уважением. А вот Этьен не мог смириться с тем, как изменилась его любимица. В последние годы он разделял взгляды детей на веру и тоже стал больше внимания уделять посещениям церкви и благотворительности. Но расстаться с Жаклин он не мог и в конце концов дочь согласилась отложить свой уход в монастырь.
Для Блеза каждый приезд в Клермон, к родным, был непривычно счастливым временем. Врачи настаивали, чтобы он оставил свои занятия наукой и вообще любую сложную деятельность. Конечно, полностью принять эти рекомендации он не мог, и продолжал работу над «Трактатом о равновесии жидкостей». Однако теперь он гораздо чаще стал бывать в обществе, развлекаться. Наблюдая за Жильбертой и Флораном, играя с их детьми, Блез иногда даже подумывал о том, чтобы и самому жениться и найти постоянную должность.
Но вот волнения в столице закончились. Этьен, Жаклин и Блез вернулись в Париж. Здесь Блез тоже завел несколько знакомств с молодыми аристократами. День за днем он посещал самые модные салоны, перенимая светские манеры и развлекая дам разговорами о науке. Жаклин и Жильберта не одобряли этих перемен в поведении брата. Они видели, что такой образ жизни полезнее для здоровья, но считали его вредным для души.