Воздушный насос фон Герике
Дальнейший шаг вперед в этой области сделан замечательной личностью, предшественником высокоодаренных ученых наших дней Отто фон Герике (1602 — 1686), мэром Магдебурга и экс - квартирмейстером Густава Адольфа, человеком со значительными средствами и большой предприимчивостью. Фон Герике ставил все на широкую ногу; он израсходовал на свои опыты 4000 фунтов стерлингов — сумму по тому времени астрономическую. Он первым попытался получить пустоту прямым способом — выкачивая воду из закупоренной бочки. Бочка была раздавлена, поэтому он сделал более прочный сосуд из латуни. Позднее он изобрел воздушный насос, с помощью которого ему удалось получать пустоту в больших сосудах. Один из них он использовал для знаменитого опыта, проведенного им в присутствии императора и его двора, когда для того, чтобы оторвать друг от друга два полусферических сосуда, потребовалась упряжка в шестнадцать лошадей с каждой стороны. Магдебургские полушария явились нагляднейшим доказательством материальной истинности новой науки. Однако значение этого опыта было еще более далеко идущим: он показал людям, что пустота под давлением воздуха имела огромную силу и что нужна была только творческая мысль, чтобы заставить ее служить на благо человека. Сам фон Герике думал о передаче энергии по эвакуированным трубкам; идея эта нашла впоследствии свое развитие в воздушных тормозах, используемых на железных дорогах.
Насос фон Герике был значительно усовершенствован Бойлем или, что более вероятно, Гуком, работавшим тогда у него. С помощью этого насоса Бойль продемонстрировал много новых и странных явлений. Oir показал, например, что звук не может передаваться без воздуха, но что на свет и магнетизм отсутствие воздуха такого влияния не оказывает. Бойль открыл также то, чего можно было ожидать, но что, тем не менее, не удавалось продемонстрировать — невозможность как жизни, так и горения в пустоте, создав тем самым первые предпосылки для великой химической и физиологической революции следующего столетня.
Использование воздушного насоса, в частности то усилие, которое было необходимо затрачивать на накачивание, побудило Бойля изучать поведение воздуха, как сжатого, так и разреженного. Таким образом, он открыл первый научный закон, выходивший за пределы законов элементарной механики, то, что он назвал «упругостью воздуха», закон, ныне известный нам как закон Бойля, а именно, что произведение давления на объем данной массы воздуха есть величина постоянная, или, как было найдено позднее, прямо пропорционально степени нагрева.
Идея использования вновь открытых сил природы для удовлетворения потребностей человека никак не умирала, и она неизбежно должна была появиться и в эпоху научной предприимчивости, какой был XVII век, когда все сильнее ощущалась нужда в материальной силе для откачки воды из шахт и вращения колес расцветающей промышленности. Одним из видов такой силы, совершенно очевидно, был огонь, особенно с тех пор, как изобретение пушки показало всю его мощь. Одной из первых материальных идей была мысль о создании двигателя внутреннего сгорания, использующего порох вместо применяемого нами сейчас бензина. Затем изобретатели обратились к способности пара расширяться. Эти непосредственные методы были неизбежно обречены на провал не потому, чтобы они были ошибочны по своему существу, но по той причине, что техника того времени не могла обеспечить создание достаточно прочных сосудов для работы с давлениями подобной величины. Ассистенту Гюйгенса Дени Папену (1647 — 1712), позднее работавшему в течение некоторого времени с Бойлем, удалось создать автоклав, в котором он разваривал кости до жидкого состояния, но его котел, основанный на использовании давления пара, нашел себе применение только в наши дни. Он также сделал первые практические шаги к созданию паровой машины. Как будет показано в следующей главе, открытие пустоты должно было проложить путь к использованию энергии пара.
Ложная заря рациональной химии
Открытие пустоты дало тот первый ключ, который мог бы привести к развитию рациональной химии уже в XVII веке, а не столетием позже. Вакуумный насос показал, насколько воздух был необходим как для горения, так и для дыхания, и сосредоточил внимание ученых на родственных между собой проблемах пламени и жизни. Бойлю, Гуку и Мэйо, исходившим в поисках решения этих проблем из догадки, высказанной Парацельсом, удалось близко подойти к доказательству того факта, что воздух содержит нечто существенно необходимое для горения и придающее артериальной крови ее красный цвет. Бойль говорил об этом как «о маленькой жизненной квинтэссенции (если можно так ее назвать), служащей для освежения крови и восстановления наших жизненных духов». Мэйо называл его «селитряным воздушным спиртом», связывая таким образом с порохом то, что должно было стать впоследствии кислородом Лавуазье. Однако дальше этого они не смогли пойти по двум основным причинам: вследствие отсутствия надлежащей научной теории и несовершенства технических приборов и материалов.
Химия никогда не входила в классический канон, и элементы Аристотеля — земля, вода, воздух и огонь — всегда имели скорее метеорологический и физический, чем химический аспект. Однако арабская и средневековая химия, или скорее алхимия, тесно переплеталась с астрологией, связывавшей металлы с планетами. Крушение картины мира Аристотеля и Платона означало, что без своих воздушных и планетных влияний химия, как указывал в «Химике - скептике» Бойль, оказалась лишенной всяких разумных оснований. Не лучше обстояло дело и со «спагирической» химией ара - бов - Парацельса, основанной на трех началах — ртути, сере и соли. Эти начала были слишком туманными и изменчивыми, чтобы их можно было приспособить к корпускулярной философии, которая специально предназначалась для того, чтобы исключить «тайные силы». Самому Бойлю удалось дать хотя и негативнее, но точное определение понятия элемента:
«Ни одно тело, которое не является совершенно однородным, а может быть дальше разложено на любое число отдельных субстанций, как бы малы они ни были... не представляет собой подлинного начала или элемента».
К несчастью, технология химии не позволяла определить, исключая некоторые металлы, действительно ли данное вещество является элементом или нет; и критерий Бойля оставался неприменимым в течение еще сотни лет. Он сам признал это обстоятельство в своем очерке «Безуспешность экспериментов».
Ньютон, занимавшийся химией гораздо дольше, чем физикой, не пошел в своей практике дальше этого. В области теории, как показал Вавилов, он разработал модель атома, состоящего из корпускул, находящихся внутри более крупных агрегатов, последовательнее и теснее сцепленных друг с другом.
Это было изумительное и совершенно логическое предвосхищение современного атома с его электронами и ядрами, однако о нем не вспоминали в течение почти 300 лет. В XVII веке химия не достигла еще такого состояния, когда было бы возможным применение корпускулярного анализа. Для этого ей необходимо было упорно накапливать новые, добытые опытным путем факты, что должно было осуществиться в следующем столетии. В отличие от физики, химия требует многократного экспериментирования и не содержит самоочевидных начал. Без таких начал она должна оставаться «оккультной» наукой, зависящей от реальных, но необъяснимых тайн.
До тех пор пока химия обращалась с одними и теми же материалами, которые были известны еще древним, она имела тенденцию стать стереотипной. Но после XV века химический мир быстро расширялся. Случайно получали новые вещества с замечательными свойствами, такие, как, например, фосфор; в странах Старого и Нового Света открывали новые металлы, как. например, висмут и платину. Для того чтобы объяснить их свойства, необходимы были новые теории, постоянно проверявшиеся новой практикой. В первое время эти теории были по необходимости качественными и туманными, но они образовали существенную основу для более точных теорий. Потребности все более специализировавшихся ремесел и промышленности вызывали постоянную нужду в определенных химикалиях — селитре, квасцах, железном купоросе (сульфате железа), купоросном масле (серной кислоте), соде, что породило химическую промышленность, из опыта и проблем которой должна была вырасти рациональная химия позднейших времен.