Блез Паскаль. Творческая биография. Паскаль и русская культура

Тарасов Борис Николаевич

Между тем в ноябре 1647 года Паскаль стал рассматривать опыт Торричелли с иной точки зрения. Теперь его интересует не природа пространства над ртутным столбиком, а причина, удерживающая ртутный столбик в равновесии.

Паскаль уже провел предварительные опыты, сформулировал и ввел в свои исследования начала подлинной науки. Теперь можно приступить к решающим экспериментам, которые позволили бы сделать окончательные заключения. Как отмечал Блез в письме к Ле Пайеру, многие ученые-экспериментаторы связывали частичное опускание ртути в трубке Торричелли с давлением внешнего воздуха. Наиболее четко и лапидарно это мнение было высказано в 1644 году самим Торричелли: “До сих пор принимали, что сила, удерживающая ртуть от естественного стремления опускаться, находится внутри верхней части трубки – в виде пустоты или весьма разреженной материи. Я же утверждаю, что причина лежит вне сосуда: на поверхность жидкости в чашке давит воздушный столб… неудивительно, что жидкость входит внутрь стеклянной трубки (к которой она не имеет ни влечения, ни отталкивания) и поднимается до тех пор, пока не уравновесится внешним воздухом”. Но и в такой форме это предположение находило

иногда возражения, так как некоторые физики еще считали, в соответствии с мнением Аристотеля, что легкие тела не могут давить на более тяжелые (например, вода на землю, а воздух на воду и т. д.).

Мнение Торричелли – лишь возможное объяснение, которое останется гипотетичным до тех пор, пока опыт не покажет полной невозможности любого другого объяснения. Насущная задача, следовательно, состояла в том, чтобы проделать такой опыт, который показал бы, что тяжесть воздуха – единственная допустимая причина “подвешенности” ртути в трубке.

В конце 1647 года в присутствии своего зятя Флорена Перье Паскаль осуществляет один из решающих экспериментов для доказательства гипотезы давления воздуха. Если эта гипотеза верна, то есть если именно воздух, давящий на поверхность ртути в чашке, удерживает ртуть в трубке в равновесии, а не horror vacui, то при помещении чаши с трубкой в безвоздушном пространстве ртуть в трубке вместо частичного опускания должна полностью вытечь, не находя противодействия извне. Безвоздушное пространство в то время было известно только одно: это верхняя часть самой трубки Торричелли. Поэтому, следовало провести очень тонкую и сложную операцию – разместить маленькую трубку с ртутью в “пустоте” большой. С этой целью Паскаль использовал стеклянную трубку длиной три фута, заполненную ртутью и закрытую с двух концов заслонками, которая прикреплялась внутри другой, шестифутовой, трубки. Затем большая трубка заполнялась ртутью, ее отверстие закупоривалось заслонкой, после чего эта трубка переворачивалась и вертикально размещалась в чаше со ртутью. Далее заслонка большой трубки протыкалась: ртуть сразу же опускалась, останавливаясь на обычной высоте и оставляя пустым пространство, в котором находилась маленькая трубка, погруженная своим нижним концом в колонку ртути большой трубки. Когда с помощью длинной изогнутой проволоки протыкалась заслонка внизу маленькой трубки, то вместо частичного опускания ртуть полностью выливалась, так как, оказавшись в безвоздушном пространстве, она не сдавливалась и не уравновешивалась никаким воздухом.

Казалось бы, этих опытов “пустоты в пустоте” было вполне достаточно для объяснения поднятия ртути в трубке весом давящего воздуха, а не “боязнью пустоты” или иной причиной. Однако Паскаль считал, что и в этом случае для “вакуистов” (то есть сторонников боязни пустоты) остаются какие-то лазейки, “закрыть” которые должен категорический и абсолютно неопровержимый эксперимент. Именно о таком опыте, названном Блезом “великим экспериментом равновесия жидкостей”, сообщает он 15 ноября 1647 года в письме к ФлоренуПерье. Суть его была довольно простой и состояла в том, чтобы провести обычный опыт с пустотой в одинаковых условиях у подножия и на вершине горы. “Вы, конечно, представляете, – пишет Блез своему зятю, – что этот эксперимент является решающим и что если бы высота ртути на вершине горы оказалась меньшей, нежели у подошвы (а верить в это у меня есть много оснований, несмотря на то, что все, кто писал об этом предмете, придерживаются другого мнения), то следовало бы с необходимостью заключить: тяжесть воздуха, а не боязнь пустоты, является единственной причиной подвешенности ртути”. Ведь совершенно очевидно, продолжает далее Паскаль, что вверху горы давление воздуха меньше, чем внизу, в то время как неразумно было бы утверждать, будто у подножия природа испытывает больший “страх пустоты”, чем на вершине.

Основной смысл предполагаемого опыта заключался в привлечении количества, измеримости воздушного давления как последней инстанции; неизмеримый и сопротивляющийся количественной оценке horror vacui тем самым автоматически отбрасывался.

Подобный эксперимент был связан с большими затруднениями: надо было найти довольно высокую гору; гора эта должна находиться недалеко от города, что облегчало бы перенос сосудов, трубок, ртути и другого оборудования и позволяло бы следить за погодными условиями в районе горы и осуществлять эксперимент столько раз, сколько необходимо; для таких экспериментов также требовался знающий дело человек, способный вникнуть в суть проводимых опытов и провести их с надлежащей строгостью и точностью. Все эти затруднения были счастливо разрешены с помощью зятя Паскаля Флорена Перье, оказавшегося идеальным помощником в преодолении возникших сложностей: Перье жил в родном городе Блеза Клермоне, который располагался возле большой горы Пюи-де-Дом; к тому же он был хорошо посвящен в научные дела Блеза и сам увлекался в свободное от службы время различными физическими опытами. Паскаль доверяет осуществление эксперимента своему зятю, но разные обстоятельства позволили тому провести опыт лишь через десять месяцев – 19 сентября 1648 года. А через несколько дней Блез, пребывавший все это время в сильном нетерпении и беспокойстве, получает долгожданное письмо. “Месье, – пишет Перье, – наконец-то я сделал эксперимент, который вы так долго ждали. Я бы еще раньше принес вам это удовлетворение, если бы не долг службы, державший меня в Бурбонне; к тому же после моего приезда снега или туманы так закрывали гору Пюи-де-Дом, где я должен был проводить эксперимент, что даже в это самое лучшее время года почти не находилось дня, когда была бы видна вершина горы, которая обычно находится в облаках, а иногда и выше, хотя в то же самое время на равнине стоит хорошая погода: таким образом, я не смог соединить свои возможности с условиями погоды до 19 числа сего месяца. Но успех, с каким я провел в тот день эксперимент, сполна меня утешил в огорчениях, вызванных неизбежными задержками”.

В лице своего зятя Блез приобрел незаменимого

помощника; знание предмета, соединенное с большой ответственностью и тщательным выполнением всех формальных процедур, позволило Флорену Перье провести эксперимент на горе Пюи-де-Дом весьма корректно и с неопровержимой убедительностью. Получив послание от Перье, Паскаль несколько раз успешно повторяет опыты на башне Сен-Жак (на ней впоследствии была поставлена статуя Паскаля).

В конце 1648 года Паскаль публикует небольшую брошюру под названием “Рассказ о великом эксперименте равновесия жидкостей, задуманном г. Б. П. для создания трактата, который он обещал в своем резюме относительно пустоты, и осуществленном г. Ф. П. на одной из самых высоких гор Оверни”. В ней помещены письмо Блеза к зятю от 15 ноября 1647 года и ответ Перье, а также некоторые выводы, напрашивающиеся из результатов “великого эксперимента”. “Из этого эксперимента вытекают многие следствия, например, возможность узнать, находятся ли два места на одном уровне, то есть одинаково ли они удалены от центра Земли, или которое из них расположено выше, как бы ни были они далеки друг от друга”. Так впервые Паскаль сформулировал принцип определения высот с помощью барометрического выравнивания. Он также замечает, что погода влияет на показания барометра в одной и той же местности (определение погоды в настоящее время – основное применение барометра).

Переходя к более общим выводам, Блез замечал, что по вопросам пустоты существуют три точки зрения: природа совершенно не терпит пустоты, выносит ее до известной степени, не боится совсем. Опыты, описанные им в “резюме касательно пустоты”, позволили ему опровергнуть первую точку зрения, а эксперимент на Пюи-де-Дом заставил безоговорочно принять третью: природа не испытывает никакой “боязни пустоты”, не делает никаких усилий, чтобы избежать ее, допускает ее без труда и сопротивления, и все следствия, приписываемые этой боязни, целиком и полностью обусловлены тяжестью и давлением воздуха. Именно от незнания этой подлинной причины и были, по мнению Паскаля, выдуманы воображаемая боязнь пустоты и прочие ложные мнения, “наполняющие уши, а ум оставляющие пустым”; именно такое незнание заставляет людей объяснять явления неодушевленной природы “симпатиями и антипатиями и другими химерическими причинами”.

Однако Блез замечает, что он не без сожаления отказывается от распространенных мнений древних авторов: он сопротивлялся новым мнениям настолько, насколько имел основания следовать старым – об этом достаточно свидетельствуют его опубликованные ранее “Новые опыты, касающиеся пустоты”, где он придерживался второй точки зрения; но очевидность опытов и сила фактов эксперимента на горе заставили его, несмотря на все уважение к древним, отказаться от их взглядов.

Так закончил свое многовековое существование horror vacui. По словам Луи де Бройля, опытом на Пюи-де-Дом “впервые экспериментально было подтверждено важное физическое явление, предсказанное теоретическими соображениями”.

В 1651–1653 годах Блез продолжал работать над обобщением и объяснением полученных им результатов. Опыт на Пюи-де-Дом был назван “великим экспериментом равновесия жидкостей”, хотя основная суть его заключалась в проверке давления воздуха.

Дело в том, писал Паскаль, что следствия, вызываемые давлением воздуха, являются лишь частным случаем общего положения о равновесии жидкостей и давлении внутри них. Паскаль устанавливает очень важный принцип, отождествляющий явления, связанные с атмосферным давлением и давлением жидкости. Исследования, обусловленные опытом Торричелли, естественно привели его к гидростатике. От отдельного эксперимента Блез перешел к целому разделу физики: продолжая начатое Архимедом, Стевином, Галилеем, он построил строгую логическую систему основополагающих принципов гидростатики.

Паскаль систематизировал результаты своих предшественников и обогатил гидростатику рядом оригинальных доказательств и положений. В 1653 году он написал (опубликованный лишь посмертно в 1663 году) “Трактат о равновесии жидкостей”. В результате своих исследований и обобщений Паскаль установил один из основных законов гидростатики, который носит его имя и заключается в том, что при действии поверхностных сил давление во всех точках внутри жидкости одинаково. Этот закон вот уже три столетия известен каждому человеку, знакомому со школьным учебником элементарной физики. “Трактат о равновесии жидкостей” по ясности изложения, способу постановки и убедительности приводимых опытов является классическим среди физических сочинений XVII века. С этим трактатом, пишет известный французский философ Бруншвиг, “гидростатика достигает самой высокой степени совершенства, на которую может претендовать в науке точный разум”.

Так был пройден Паскалем путь от “трубки Торричелли”, от простого повторения “итальянского эксперимента” до развенчания одной из самых существенных аксиом перипатетической физики, до формулирования основополагающих законов гидростатики. По этому пути Блез шел с осторожной уверенностью, нагнетая все новые факты, не довольствуясь предвзятыми суждениями, априорными системами. Его конкретному уму требовались не воздушные замки отвлеченных гипотез, а многочисленные и разнообразные опыты, подтверждающие рационально обоснованное мнение. Он не мог сделать того или иного вывода, если этому мнению противоречил хотя бы один факт. Поэтому, не жалея здоровья, труда и денег, Паскаль неустанно и искусно экспериментировал. Но и голой эмпирии экспериментов ему было недостаточно для обобщающих заключений. Среди них нужно было выбрать решающие опыты, которые нельзя было бы совершенно опровергнуть с точки зрения рациональных оснований и количественных критериев. И лишь после этого медленного и постепенного процесса Блез считал возможным перейти к формулировке окончательных законов, их распространению на смежные области исследования, к обобщениям общефилософского толка. “Эта крайняя осторожность в установке фактов, – пишет один из современных исследователей творчества Паскаля, – и эта колоссальная смелость в заключениях, которые он выводил из них, являются характерными свойствами гения Паскаля и отличают его творчество среди всех других”.