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».
Конкретные проблемы, возникшие в связи с метафизической «боязнью», живо заинтересовали итальянских любителей науки, и между 1639 и 1641 годами некто Гаспаре Берти произвел следующий опыт: он изготовил свинцовую трубку длиной около одиннадцати метров с большим стеклянным баллоном на одном конце и с краном — на другом и прикрепил ее веревками к стене собственного дома. При этом нижний конец трубки с краном помещался в бочку, наполовину заполненную водой. Когда кран был закрыт, то через отверстие баллона, находящегося на верхнем конце, трубка полностью заполнялась, после чего отверстие плотно закрывалось. Когда же кран открыли, вода потекла из трубки в бочку, но вытекла не вся и скоро остановилась на определенной высоте. На следующий день вода оказалась на том же уровне, хотя кран оставался все время открытым. Когда кран снова закрыли и открыли отверстие, через которое трубка заполнялась водой, в трубку ворвался воздух. Затем с помощью нитки была измерена высота воды внутри трубки: она оказалась равной примерно восемнадцати локтям выше уровня воды в бочке, на отметке.
6
Опыт Берти был, по существу, первым шагом на пути экспериментального разрешения многих проблем, связанных с пустотой. Но он не был теоретически осмыслен. Вопрос о природе пространства (воздух, какой-либо иной газ, пустота?), остающегося в верхней части трубки после того, как некоторое количество воды из нее спустилось в бочку, был открытым. Не было ответа и на другой важный вопрос: какая сила уравновешивает задержавшуюся в трубке воду и не позволяет ей полностью вытечь в бочку?
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.
7
«Волнения, вызванные 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 стекляннным 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 в верху 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.
8
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.
