за обратно пропорционален его давлению[300]. Что может быть проще?
В последующие столетия были открыты еще два газовых закона. В 1787 году французский изобретатель воздушного шара Жак Шарль обнаружил, что давление газа фиксированной массы и фиксированного объема прямо пропорционально абсолютной температуре газа. Объединив этот закон с законом Бойля, он пришел к выводу, что, нагревая газ, можно уменьшить его плотность. 27 августа 1783 года в Париже, там, где сейчас стоит Эйфелева башня, Жак Шарль запустил воздушный шар, наполненный водородом. Шар благополучно поднялся в воздух и полетел, его сопровождали всадники. Когда он наконец приземлился в поле в нескольких десятках километров от города, на него набросилась толпа испуганных крестьян, вооруженных тесаками и вилами. Два десятилетия спустя французский химик Жозеф Луи Гей-Люссак открыл третий газовый закон, согласно которому при постоянном объеме давление газа прямо пропорционально его температуре.
Каждый из этих законов может показаться до банальности простым, однако в совокупности они объясняют множество явлений: почему летит пуля, выпущенная из духового ружья, на чем основан принцип действия барометра, как стреляет огнестрельное оружие, почему прыгает крышка на закипающем чайнике, как создается давление в автомобильных шинах, с чем связаны процессы развития планет-гигантов и, наконец, как происходит эволюция звезд и что ожидает наше Солнце. Помимо всего прочего, благодаря этим законам удалось объяснить действие пара, что позволило заложить основы технических изобретений, например парового двигателя, с которого началась промышленная революция.
В 1668 году в возрасте 41 года Роберт Бойль покидает Оксфорд и переезжает в Лондон. В доме на улице Пэлл-Мэлл он проведет остаток жизни вместе со своей любимой сестрой Кэтрин. Через один дом от них находилась резиденция Нелл Гвин, фаворитки короля Карла II. Кэтрин наняла Роберта Гука, а на заднем дворе дома оборудовала для брата целую лабораторию. 23 декабря 1691 года Кэтрин умерла, а через неделю, «не выдержав горя, в непрекращающихся конвульсиях скончался и Роберт Бойль»[301]. В 1850 году дом, где он провел последние годы жизни, был снесен, сейчас на его месте находится банк. А вот на соседнем здании можно увидеть мемориальную табличку, на которой написано: «В доме, находившемся на этом месте, в 1671–1687 годах жила Нелл Гвин». Увы, на Пэлл-Мэлл нет памятника человеку, который освободил вакуум от знающих духов и создал условия для того, чтобы мир стал проще.
Роберт Бойль способствовал становлению современной экспериментальной науки и распространению принципа бритвы Оккама в исследованиях о строении вещества. Его настойчивое стремление пропускать все через фильтр простоты привело к тому, что бритва Оккама стала главным методом научного познания. Однако, несмотря на все упрощения, достигнутые в трудах Коперника, Кеплера, Галилея, Бойля и других ученых, научное познание в XVII веке так и не смогло окончательно избавиться от излишней сложности. Главным заблуждением по-прежнему оставалось представление о существовании двух миров – небесного и земного, каждый из которых существовал по своим законам. Следующим шагом был поиск единого набора законов для всей Вселенной.
11Понятие движения
В понедельник вечером 24 января 1684 года, возвращаясь с собрания в Грешам-колледже на северном берегу Темзы, Роберт Гук вместе с двумя другими членами Лондонского королевского общества, Эдмундом Галлеем и Кристофером Реном, зашли в близлежащую кофейню.
Прошло 30 лет с того времени, когда Гук и Бойль познакомили членов «Невидимой коллегии» в Оксфорде со своими революционными открытиями в области вакуума. С тех пор Гук стал куратором экспериментов при Лондонском королевском обществе и провел множество смелых опытов, в том числе организовал демонстрацию капиллярного давления, а также открыл разнообразные формы микробной жизни, которые он наблюдал с помощью сконструированного им микроскопа. Двое его спутников были не менее имениты. Кристофер Рен, которому тогда было 52 года, занимался исследованиями в области математики, анатомии, геометрии и астрономии и вместе с Бойлем был одним из основателей Королевского общества. После Великого пожара 1666 года, уничтожившего значительную часть Лондона, Роберт Гук, назначенный городским инспектором, поручил Рену, которого знал с детства, принять участие в восстановлении города, и в частности заняться проектированием и строительством нового великолепного здания собора Святого Павла. Младший из троих ученых, Эдмунд Галлей, которому тогда было 28 лет, уже успел завоевать репутацию одного из умнейших людей страны. Еще будучи студентом Оксфордского университета, он публиковал работы о Луне и пятнах на Солнце. В 1676 году, оставив Оксфорд, он отправился на остров Святой Елены, чтобы собственными глазами увидеть затмение Солнца и Луны и составить каталог звезд Южного полушария (Catalogus Stellarum Australium). 7 ноября 1677 года, в тот самый день, который был предсказан законами Кеплера, Галлей впервые наблюдал прохождение Меркурия по диску Солнца.
К сожалению, название кофейни, в которой происходила историческая встреча, не сохранилось, однако это могла быть «Турецкая голова» на Биржевой аллее в лондонском Сити, «Джоуз» или «Стервятник», поскольку все они находились неподалеку от Грешам-колледжа, и Гук нередко наведывался туда[302]. В то время газеты еще не выходили регулярно, поэтому, когда ученые вошли в помещение, окутанное клубами табачного дыма, смешанного с запахами поджаренных кофейных зерен, шоколада и человеческого пота, вполне вероятно, что их встретили традиционным вопросом: «Какие новости, господа?» Гук был хорошо известен завсегдатаям лондонских кофеен и даже иногда демонстрировал там свои опыты – например, бросал пулю из-под потолка на пол в заведении «Гэллоуэйз», чтобы подтвердить свою гипотезу о вращении Земли. Взглядам вновь прибывших открылись ряды прямоугольных деревянных столов, заваленные листками разнообразного содержания, от памфлетов до баллад, кое-где стояли подсвечники и плевательницы, а за столами сидели хорошо одетые мужчины в пудреных париках, вошедших в моду со времен Реставрации монархии в 1660 году. Посетители вели оживленную беседу по поводу последних новостей из-за границы, не менее горячо обсуждались недавние процессы в местных судебных иннах[303] и городские сплетни – например, указ короля о присуждении дворянского титула своему незаконнорожденному сыну от той самой Нелл Гвин, которая жила по соседству с Робертом Бойлем.
Компания потеснилась, чтобы освободить место для вновь прибывших, от которых ожидали рассказов о научных открытиях, обсуждавшихся на заседании Королевского общества. Однако на этот раз ученые не спешили делиться новостями и заняли укромное место в углу, где могли бы без посторонних глаз поговорить о деле. Им подали свежесваренный кофе по одному пенни с человека, и за эти деньги можно было просить добавки неограниченное количество раз.
Потрясенный своими астрономическими наблюдениями на острове Святой Елены, Галлей был полон решимости продолжать занятия астрономией и разгадать тайны движения планет. В первую очередь его интересовала форма планетарных орбит. Иоганн Кеплер, после смерти которого прошло 54 года, оставил в наследство будущим астрономам три планетарных закона и эллиптические орбиты. Законы Кеплера действовали, однако ни он сам, ни кто-либо другой не могли объяснить, из какого основополагающего закона они вытекают и каковы же на самом деле причины движения планет вокруг Солнца и по эллиптическим орбитам. Более того, законы Кеплера были применимы только в небе, где изменения происходят редко. На Земле изменения – это скорее правило, чем исключение. Чтобы объединить земное и небесное, науке необходимо было разобраться в причинах этих изменений.
Галлей также размышлял над предложенным Галилеем принципом инерции, объяснявшим, почему любое тело, движущееся с постоянной скоростью в одном и том же направлении, продолжает свое движение. Однако инерция действовала только в случае прямолинейного движения. Чтобы объяснить повороты, отклонения от курса, орбиты, требовались дополнительные данные. Кеплер сделал предположение о том, что планеты отклоняются от естественного курса прямолинейного движения под влиянием некой «силы… исходящей от Солнца», однако эта идея не была им доработана. За 25 лет до того, как состоялся разговор в кофейне, голландский астроном Христиан Гюйгенс предложил уравнение для описания центростремительных сил, которые, по крайней мере в теории, обеспечивают движение тел по круговой траектории. Некоторые ученые, в том числе Галлей, заметили, что если применить третий закон Кеплера, то центробежная сила Гюйгенса будет обратно пропорциональна квадрату расстояния от планеты до Солнца – так называемый закон обратных квадратов. Галлей задумался над тем, как с помощью этого закона доказать эллиптичность орбит.
Роберт Гук заявил, что у него уже готов ответ, однако на расспросы друзей он отвечал уклончиво и предложил им самим попытаться решить эту задачу, чтобы они поняли, насколько она сложна, и смогли оценить оригинальность его решения. Кристофер Рен, желая уладить спор, предложил пари на приличную сумму 40 шиллингов, которая должна была достаться тому, кто предложит наиболее убедительное решение.
Время шло, однако никто из участников пари не заявлял о своем праве на выигрыш. В марте 1684 года Эдмунд Галлей получил письмо, сообщавшее об исчезновении его отца из дома в Ислингтоне. Через пять недель тело отца было обнаружено на берегу реки к востоку от Лондона; все говорило об убийстве. Поскольку отец умер, не оставив завещания, Галлею пришлось на протяжении нескольких месяцев участвовать в судебных тяжбах, и в августе 1684 года он случайно оказался в Алконбери, неподалеку от Кембриджа. Галлей воспользовался возможностью посетить Кембриджский университет, где познакомился с одним из блестящих ученых, который мог бы помочь найти ответ и положить конец затянувшемуся спору.