Торричелли, — Микельанджело Риччи

(Перевод и комментарии В. П. Зубова)

Преславный синьор и ученейший мой покровитель.

... Я уже упоминал раньше ¹, что занимался производством некоего философского эксперимента, касающегося пустоты, не для того, чтобы просто произвести пустоту, но для того, чтобы сделать прибор, который показывал бы перемены воздуха, то более тяжелого и густого, то более легкого и тонкого. Многие говорили, что пустоты не существует, другие — что она существует, но Природа испытывает к ней отвращение, и что создание такой пустоты требует усилий; уже не помню, кто-то говорил, что она существует, не требуя усилий, и без того, чтобы Природа ее образованию противилась ². Я рассуждал так: если бы можно было найти совершенно явную причину, от которой [97] проистекало бы такое сопротивление, ощущаемое нами, когда хотят произвести пустоту, то, как мне кажется, тщетна была бы попытка приписать именно пустоте подобное действие, которое явно проистекает от другой причины. Однако, произведя некоторые весьма простые подсчеты, я нашел, что причина, мною предположенная (т. е. тяжесть воздуха), сама по себе взятая, должна была бы оказывать большее противодействие, чем это имеет место тогда, когда пытаются образовать пустоту ³. Говорю это для того, чтобы какой-нибудь философ, видя, что нельзя избежать признания тяжести воздуха за причину противодействия, ощущаемого нами при образовании пустоты, не сказал бы, что хотя он готов допустить действие тяжести воздуха, но продолжает настаивать, что и Природа содействует в этом случае своим отвращением к пустоте.

Мы живем погруженные на дно океана воздушной стихии, о которой посредством неоспоримых опытов известно, что она имеет тяжесть, и притом такую, что наиболее густой воздух, по соседству с земной поверхностью, имеет вес, составляющий примерно 1/400 часть веса воды ⁴. Далее, авторы сочинений о «вечерних зорях» заметили, что видимый воздух, наполненный парами, достигает высоты над нами примерно 50 или 54 миль. Тем не менее, я не думаю, чтобы высота была столь большой, ибо я показал, что в таком случае пустота должна была бы оказывать гораздо большее противодействие, — чем она это делает ⁵.

Правда, остается выход: утверждать, что под весом, который указан Галилеем, следует понимать вес самого нижнего воздуха, в котором живут люди и животные, по что над вершинами высоких гор воздух начинает становиться совершенно чистым и имеющим гораздо меньший вес, чем 1/400 часть веса воды.

Мы сделали много стеклянных сосудов, подобных тем, которые изображены здесь и обозначены буквами А и В, — широкие, с шейкой длиною в два локтя ⁶. Когда они были наполнены ртутью, а затем отверстие закрывалось пальцем и сосуды эти погружались в сосуд С, где находилась ртуть, можно было видеть, что они становились пустыми и ничего не поступало в опустошающийся сосуд; однако шейка AD оставалась всегда наполненной до высоты l 1/4 локтя и еще одного пальца. Дабы показать, что сосуд был совершенно пустым, нижняя чашка наполнялась водой до D, и если сосуд постепенно поднимали, можно было видеть, что когда отверстие сосуда достигало воды, ртуть опускалась из шейки, а вода целиком наполняла сосуд со страшным напором (con irnpeto horribile) вплоть до знака Е. Пока сосуд АЕ был пустым и ртуть, хотя и обладающая большой тяжестью, продолжала держаться в шейке АС, мы рассуждали так: до сих пор существовало мнение, будто сила, не позволяющая ртути, вопреки ее природному свойству, падать вниз, находится внутри сосуда АЕ, т.е. заключается либо в пустоте, либо в веществе, предельно разреженном; однако я утверждаю, что эта сила — внешняя и что сила берется извне. На поверхность жидкости, находящейся в чашке, действуют своей тяжестью 50 миль воздуха. Что же удивительного, если ртуть, не имея ни стремления, ни отвращения находиться в стеклянном сосуде СЕ, проникает туда и поднимается настолько, чтобы уравновесить тяжесть наружного воздуха, который ее гонит.

Далее, вода в аналогичном, но гораздо более длинном сосуде, будет подниматься почти до 18 локтей (т. е. до высоты, во столько раз большей, чем высота поднятия ртути, во сколько раз ртуть тяжелее воды).

Я подтвердил приведенное рассуждение, произведя одновременно эксперимент с сосудом А и трубкой В. Ртуть останавливалась в них на том же уровне АВ — почти верный знак того, что сила не находилась внутри. Ведь сосуд АЕ обладал бы большей силой, и разреженное и притягивающее вещество в нем находящееся, должно было бы быть, благодаря большему объему более действенным, нежели вещество в совсем маленьком пространстве В.

Далее я пытался объяснить при помощи этого принципа все виды противодействия, которые наблюдаются при различных действиях, приписываемых пустоте, и до сих пор не нашел еще ничего, что не укладывалось бы в это объяснение. Я знаю, что у Вашей милости возникает много возражений, но надеюсь, что пораздумав, Вы преодолеете их ⁷. Должен сказать еще, что главное мое намерение не могло осуществиться, а именно — определить при помощи прибора ЕС, когда воздух бывает более густым и тяжелым и когда он более тонкий и легкий, ибо уровень АВ меняется еще и от другой причины (чего я никак не думал), а именно — от теплоты и холода, и притом весьма ощутимо, совершенно так, как если бы сосуд АЕ был полон воздуха.

Вашей преславной милости преданнейший и премного обязанный слуга

Э. Торричелли

Флоренция, 11 июня 1644 г. [98]

Микельанджело Риччи — Торричелли

Преславный и превосходный синьор и глубокоуважаемый покровитель!

По мнению эпикурейцев, пустота не только может существовать как естественное явление, но и в действительности в мире есть много пустых пространств. Вы, милостивый государь, припомните, что об этом Вы читали у Лукреция. Эпикурейцам возражали некоторые теологи; слишком самонадеянно радея о единство и сохранении вселенной, они полагали, что этой цели (сохранению непрерывной связи между вещами) повинуются сотворенные вещи, с величайшей быстротой поднимающиеся и опускающиеся, в зависимости от того, что требуется для их соприкосновения. По словам этих теологов, даже всемогущество божие не способно создать пустое пространство ⁸, о котором говорят эпикурейцы. Впрочем, я частично готов извинить этих добрых теологов. Может быть, для того чтобы не стяжать в свете дурную славу эпикурейцев (тем более, что некоторыми своими действиями они давали к тому повод), эти теологи пожелали возможно дальше отойти от эпикурейских взглядов, совершенно так же, как претендуют они и на то, чтобы в поведении их считали далекими от образа жизни тех, qui Bacchanalia vivunt Epicuri do grege porcis ⁹. Скажу это но в обиду Вашей милости, которой я не хочу досаждать ничем, кроме того, что добавлю ниже по этому вопросу, ибо полагаю, что Вам слишком противны дерзкое мнение вышеназванных теологов и их постоянное обыкновение сразу же примешивать вещи божественные к физическим рассуждениям, тогда как эти вощи должны были бы быть трактуемы с большим почтением и благоговением ¹⁰.

Способ, которым Ваша милость объясняет эксперименты, произведенные в доказательство существования пустоты, а именно поднятие вверх тяжелых вещей вопреки их естественной наклонности, я считаю предпочтительным перед другим тем более, что благодаря ему мы сохраняем согласие с простотой действий природы ¹¹. Ведь имея возможность сохранить единство между телами лишь путем движения вниз, природа понапрасну придала бы им еще новую естественную склонность повиноваться универсальной причине, регулирующей, по словам названных теологов, мировые процессы. И я восхищен благородной смелостью Вашей милости, принявшей в расчет вещь, еще никем не учитывавшуюся ¹² и представляющуюся вместе с тем столь вероятной; как я полагаю, это будет самым правильным и самым разумным из возможных ответов на вопрос, остается лишь устранить два-три возражения, которые я и намерен высказать Вашей милости, прося Вас благосклонно разрешить мне их. Я уверен, Ваша милость сделает это без труда.

Во-первых, мне кажется, что можно исключить действие воздуха, давящего на наружную поверхность ртути, находящейся в сосуде, если поместить крышку с одним лишь отверстием, через которое проходит стеклянная трубка, а затем повсюду заделать все щели, чтобы не было никакого сообщения с наружным воздухом. В таком случае воздух, находящийся над сосудом, стал бы давить уже не на поверхность ртути, а на крышку, и если бы ртуть держалась наверху, как раньше, нельзя было бы больше приписывать такое действие тяжести воздуха, как бы поддерживающего ее в равновесии.

Во-вторых, если мы возьмем насос, часто употребляемый в этих случаях, и его поршень будет вполне вдвинут внутрь, так, чтобы он вытеснил оттуда всякое тело, а затем заткнем отверстие на конце и станем тащить обратно поршень, мы будем ощущать величайшее сопротивление. И это происходит не только, если обратить насос к низу, а поршень, на ручку которого тогда давит воздух, тянуть вверх; происходит это при любом положении, а потому, мне кажется, нелегко в этих случаях понять, какова здесь роль тяжести воздуха.

Наконец, тело, погруженное в воду, не противостоит всей воде, расположенной сверху, а только той, которая вытесняется при движении погруженного тела, а эта вода [по объему] не больше, чем само тело. Вот почему я полагал бы, что то же рассуждение должно быть применено к равновесию ртути: она должна бы противодействовать такому количеству воздуха, которое равно ее массе (mole). И как мог бы воздух давить больше?

Вот мои скромные соображения против взгляда Вашей милости, которые Вы, конечно, должны будете извинить, посчитавшись с моим горячим желанием вполне уразуметь ответ на выдвинутые возражения, дабы затем я мог стать не только искренним почитателем, но и безусловным защитником как этого вашего открытия, так и всех других, весьма любезных моему сердцу...

Сердечно преданный и премного обязанный слуга и ученик Вашей преславной и превосходной милости

Микельанджело Риччи

Рим, 18 июня 1644 г.

... Мне думается излишне отвечать на Ваши три возражения против моего домысла о кажущемся сопротивлении, ощущаемом при образовании пустоты, потому что, надеюсь, Вы сами уже нашли их разрешение вскоре после написания своего письма. [99]

Что касается первого, отвечаю все же. Если Ваша милость пригоняет пластинку, покрывающую поверхность чашки, так, что она только прикасается к поверхности ртути в чашке, то ртуть, стоящая в шейке сосуда, будет, как и прежде, держаться, но не благодаря тяжести атмосферы, а потому, что ртуть в чашке не сможет уступить ей место. Если далее Ваша милость вставит эту пластинку так, чтобы внутри сохранилось некоторое количество воздуха, я спрашиваю, думает ли Ваша милость, что этот заключенный внутри воздух имеет ту же самую степень густоты, что и наружный? Если так, ртуть будет держаться на том же уровне (я покажу это дальше на примере с шерстью). В случае же, если воздух, который Ваша милость замыкает внутри, будет более разреженным, чем наружный, тогда металл, поднявшийся в трубке, несколько опустится. Если, наконец, воздух оказался бы бесконечно разреженным, т. е. превратился в пустоту, то тогда металл опустился бы весь, в ту меру, в какую его могло бы вместить это замкнутое пространство ¹³.

Сосуд ABCD — цилиндр, наполненный шерстью или другим сжимаемым веществом (например, воздухом). Сосуд этот имеет два днища: одно-неподвижное ВС, другое-подвижное AD (соответствующей величины). Пусть AD нагружено свинцом Е, весящим 10 000 000 фунтов. Ваша милость, я уверен, поймет, какая» великая сила должна будет ощущаться на дне ВС. Теперь, если мы с силой введем плоскость или острую железную пластинку FG, которая проникнет в сжатую шерсть и разрежет ее, я утверждаю, что если шерсть FBCG останется так же сжатой, как и раньше, то хотя бы дно ВС больше и не ощущало никакой тяжести от сверху положенного свинца Е, она будет находиться в том же состоянии, что и прежде. Позвольте Вас больше не утомлять этим. Теперь — о втором возражении. Был однажды философ, который при виде трубки, вставленной в бочку его слугой, смело заявил ему, что вино никогда не потечет, потому что тяжелым телам от природы свойственно давить вниз, а не по горизонтали и в стороны. Тем не менее слуга заставил его воочию убедиться, что хотя жидкости от природы тяготеют книзу, они толкают и растекаются во все стороны, даже вверх, чтобы найти места, куда вылиться, т.е. места, которые с меньшей силой сопротивляются силе этих жидкостей. Пусть Ваша милость погрузит сосуд целиком в воду, открытой частью вниз, а затем сделает отверстие в его дне так, чтобы воздух мог выходить, Вы увидите, с какой стремительностью вода движется снизу вверх, чтобы наполнить сосуд.

Третье возражение мне кажется не слишком уместным, во всяком случае оно менее веское, чем другие, хотя бы и казалось оно более сильным, будучи заимствовано из геометрии. Что тело, погруженное в воду, встречает сопротивление только такой массы воды, которая равна массе его самого — это верно. Однако о металле, держащемся в шейке сосуда, как мне кажется, нельзя сказать, что он погружен в воду или воздух, в стекло или в пустоту.

Можно только сказать, что это есть жидкое, находящееся в неустойчивом равновесии тело, одна поверхность которого граничит с пустотою или почти пустотою, вовсе не действующей посредством тяжести, а другая поверхность граничит с воздухом, испытывающим давление многих миль воздуха, образующего одну массу, а потому поверхность, не испытывающая никакого давления, поднимается, будучи теснима другой, и поднимается до тех пор, пока тяжесть поднявшегося металла не уравновесит тяжесть воздуха, давящего с другой стороны. Вообразите, Ваша милость, сосуд А, соединенный с трубкой BCD, открытой в D, как изображено на рисунке, и пусть сосуд А наполнен ртутью. Несомненно, что металл будет подниматься в трубке, до уровня Е. Однако, если я погружу названный прибор в воду до черты F, ртуть не поднимется до F, а лишь настолько, что высота уровня в трубке будет превосходить уровень в сосуде ЕА примерно на 1/14 часть высоты, которую будет иметь вода F над уровнем сосуда А. Вы можете быть в этом уверены, как если бы сами произвели опыт. Как нетрудно видеть, может случиться, что вода F будет иметь высоту 14 локтей, а металл в трубке ED всего один локоть. Следовательно, один локоть металла противодействует не одному локтю воды, а всей высоте воды, от А до F. И в таких случаях Ваша милость [100] знает, что ширина и толщина тел не принимаются во внимание, единственно имеют значение отвесные линии и удельные, а не абсолютные веса. По, пожалуй, я сказал слишком много, при устной беседе Вы были бы больше удовлетворены. Уверяю Вас, что если Вам придут в голову еще другие соображения, Вы сами сумеете разрешить все трудности, потому что здесь уже были продуманы многие, и все были устранены. Впрочем, как Вам будет угодно...

28 июня 1644 года.

Комментарии

1. Соответствующее письмо Торричелли не сохранилось, но оно должно было быть написано незадолго до этого письма: в тот же день (11 июня), когда Торричелли отправил печатаемое здесь письмо, Риччи писал ему из Рима: «Я живу с превеликим желанием узнать об успехе тех экспериментов, о которых Вы меня извещаете» (Тоrricelli. Opere. 1919, vol. III, p. 189).

Роберваль допустил ошибку, которую повторили многие историки физики, утверждая, что опыты Торричелли были произведены в 1643 г.

2. Существование пустоты отрицали Аристотель и его последователи (перипатетики). Античные атомисты (Демокрит, Эпикур, Лукреций) защищали идею пустого пространства, существующего наряду с материальными атомами. Ср. дальше о «мнении эпикурейцев» в письме Риччи.

3. Ср. в письме Балиани к Галилею от 24 октября 1630 г. (G. Galilei. Le Opere, vol. XIV. Firenze, 1904, pp. 158- 160): «... я решил, что для образования пустоты потребовалась бы большая сила, нежели та, которую способна проявить вода в трубке длиною не более 80 футов».

4. Торричелли исходит из величины, указываемой Галилеем (см. Г. Галилей. Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки... М.-Л., 1934, стр. 171). Интересно отметить близость взглядов Торричелли к взглядам Балиани, которые были изложены им в письме от 24 октября 1630 г. (см. предыдущее примечание). Балиани полагал, что разница между водою и воздухом «чисто количественная», а потому он считал возможным прибегнуть к аналогии с человеком, находящимся на дне моря (ср. у Торричелли — «дно океана воздушной стихии»).

5. Под сочинениями о «вечерних зорях» Торричелли понимает целый ряд трактатов более раннего времени, носивших название «De crepusculis», касавшихся главным образом вопросов атмосферной рефракции. Арабский оптик Ибн ал-Хайсам (Алхазен, 965-1039), которому принадлежит трактат на подобную тему, а также польский оптик Витело (XIII в.) определяли высоту атмосферы в 52 мили (~76,5 км).

Если принять высоту атмосферы в 50 миль (~73 600 м), то при везде одинаковой плотности и весе воздуха = 1/400 веса воды, оказалось бы, что предельная высота водяного столба равна 184 м, т.е. «страх пустоты», удерживающий воду на высоте, оказался бы гораздо значительнее, чем это можно было предполагать на основании опыта (предельная высота приблизительно равна 10,5 м).

6. Флорентийский локоть равен примерно 0,584 м. Он делился на 18 дюймов, или пальцев (diti).

7. Ср. высказывание Балиани в письме Галилею от 24 октября 1630 г. (G. Galilei. Le Opere, vol. XIV. Firenze, 1904, p. 159). Говоря о том, что давление воздуха не ощущается нами, так как производится со всех сторон, Балиани указывает, что оно стало бы ощутимым, если бы мы испытывали только давление столба воздуха над нашей головой, и продолжает: «Хотя я и полагаю, что чем воздух выше, тем он легче, я думаю, такова его необъятность, что какой бы малой ни была его тяжесть, если бы тяжесть всего этого воздуха, находящегося сверху, сделалась ощутимой, то ощущалась бы она как весьма значительная, но не бесконечная, и, следовательно, как определенная, которая могла бы быть преодолена пропорциональной ей силой, и таким образом [в трубке] получалась бы пустота».

8. Тезис о том, что пустота есть логический абсурд и абсолютно невозможна, защищали средневековые аристотелики, находившиеся под влиянием Аверроэса. В 1277 г. богословы Парижского университета под председательством Этьена Тампье, епископа Парижа, осудили в числе других аверроистических положений и то, которое гласило, что пустота не может быть образована даже божественной силой, так как подобное утверждение ограничивало бы всемогущество божие. Разумеется, такая ревизия строго аристотелевских взглядов, продиктованная чисто богословскими соображениями, имеет лишь чисто внешнее сходство с позднейшей ревизией аристотелевских взглядов у «вакуистов», защищавших возможность существования пустого пространства аргументами совершенно иного рода.

9. qui Bacchanalia vivunt Epicuri de grege porcis — «те, кто проводят жизнь в вакханалиях в угоду свиньям из Эпикурова стада». В основе — стихи Горация (Послания 1,4, 15-16), которые на протяжении столетий цитировались и перефразировались противниками эпикурейства.

10. Характерное для многих естествоиспытателей XVII в стремление размежевать вопросы физические и богословские. Так, например, Пьер Гассенди, возрождавший атомизм Эпикура, осуждал поведение тех, «кто сейчас же ищет покровительства в писании для всего того, что только им пригрезится в физике» (Gassеndi. Opera, vol. III. Lugdumim, 1658, p. 231).

11. Тем же принципом простоты объяснения руководствовался и Торричелли, выдвигая, например, такие положения, которые были сформулированы уже английскими номиналистами XIV в. На этом основании Торричелли изгонял из физики такие понятия, как холод, тьма, легкость, которые в старой физике мыслились в виде неких реальностей, существующих наряду с теплотой, светом, тяжестью. См. Тоrriсеlli, Opere, vol. II, 1919, р. 38.

12. Ср. выше, стр. 96 о Беекмане и Балиани.

13. В этом разъяснении Торричелли наметил программу тех опытов, которые позднее получили название «пустоты в пустоте» и были произведены в разных вариантах в 1647-1648 гг. французскими учеными А. Озу (Auzout), Б. Паскалем и Робервалем.

© текст - Зубов П. А. 1959
© сетевая версия - Тhietmar. 2015
© OCR - Николаева Е. В. 2015
© дизайн - Войтехович А. 2001
© Вопросы истории естествознания и техники. 1959