13.1.2. Бойль – исследователь воздуха

Первый профессиональный английский учёный-естествоиспытатель Роберт Бойль (1627–1691) был 13-ым ребёнком в семье знатного ирландского вельможи, который дал ему прекрасное образование. Закончив престижный Итонский колледж, он в возрасте 12 лет вместе с братом отправляется в путешествие по Европе и продолжает обучение в университетах Франции и Италии, где знакомится с работами Г. Галилея. После смерти отца (погибшего в 1643 г. в одном из столкновений ирландских отрядов с английской армией) он возвращается на родину, где становится богатым наследником, размышляющим, как выбирать свой жизненный путь. И здесь блестящий молодой человек, отказавшись от свойственных возрасту светских развлечений, решает последовать призывам Ф. Бэкона и посвятить свою жизнь экспериментальной науке. В доставшемся ему от отца имении Стэльбридж, расположенном недалеко от Оксфорда, он на собственные средства оборудовал физико-химическую лабораторию и начал собирать обширную научную библиотеку.

Большое влияние на молодого учёного оказало его участие в работе оксфордского кружка любителей естествознания, зародившегося в 1645 г. и со временем объединившегося с другими аналогичными кружками на базе знаменитого уже Грешемовского колледжа. Этот колледж, основанный в 1579 г. лорд-мэром Лондона Томасом Грешемом, более 100 лет оставался его научным центром. По завещанию и на средства основателя в нём преподавали 7 профессоров, из которых двое читали лекции по геометрии и астрономии, а остальные – по навигации (для мореходов). Оказавшись в этой высокоинтеллектуальной среде и находясь под впечатлением недавних экспериментов О. Герике с Магдебургскими полушариями, Бойль решает заняться серьёзным изучением физико-химических свойств воздуха. С этой целью он в 1654 г. переезжает вместе с лабораторией в Оксфорд, где по образцу итальянских академий организует научное общество «Незримая коллегия», ставшее ядром будущего Королевского общества. Здесь он встречается с 24-летним Робертом Гуком, только что окончившим университет, и по рекомендации одного из профессоров, приглашает его в свою лабораторию ассистентом.

Начавшееся сотрудничество быстро переросло в настоящую дружбу и во многом предопределило дальнейшую творческую судьбу и достижения обоих юношей. Сам Бойль, будучи энциклопедически образованным человеком, серьёзно интересовался новейшими проблемами медицины, биологии, химии и физики, причём в начальный период преимущественно занимался химическими опытами, разработав их методику на новейшей научной основе. Многие полученные им результаты вошли позднее в практику химических технологий и исследований – это индикаторы кислот и щелочей (среди них и «лакмусовые бумажки»), это ряд химических превращений (образование воды при горении спирта), это получение водорода, ацетона, белого фосфора и др. Большую практическую ценность представили полученные Бойлем высококачественные чёрные чернила. Были у него и ошибочные заключения, например, об образовании пресловутого «флогистона» при горении и нагревании тел (100 лет спустя это заключение было блестяще опровергнуто экспериментами М. В. Ломоносова). Важный шаг был сделан Бойлем в уточнении понятия «химического элемента», приблизивший его к современному пониманию. Итогом этого цикла исследований стал знаменитый трактат Р. Бойля «Химик - скептик» (1663), вызвавший огромный интерес у европейских учёных и ставший важным звеном в переходе от полумистических алхимических представлений к научной химии. Главный вывод новой химии состоял в отказе от четырёх античных элементов мира – воды, воздуха, огня и земли, – а также от трёх главных алхимических веществ – соли, ртути и серы, – и переход к гораздо более обширному набору различных «корпускул», ставших прообразами будущих химических элементов. Кроме алхимических экспериментов во времена Бойля большое внимание привлекали попытки создания вечного двигателя. Сам Бойль также был не чужд этим попыткам и даже оставил описание одного из своих опытов по созданию жидкостного «перпетуум мобиле».

Однако наиболее важные и перспективные открытия были сделаны Бойлем в физике, где он воспроизводил и продолжал знаменитые опыты Герике, более серьёзно изучив свойства воздуха и пустоты. Возможно, это была случайная вспышка интереса к пневматике, но фактически она стала первым шагом к созданию будущей паровой машины. Так образовалась цепочка имён, приведших Европу к паровой энергетике. Это Паскаль, Торричелли, Герике, Бойль, Гук, Гюйгенс, Папен, Уатт.

Большую помощь в подготовке и проведении «пневматических» экспериментов оказал Бойлю Р. Гук, который в 1659 г. сконструировал и изготовил усовершенствованный воздушный насос, имевший очень важное преимущество перед насосом Герике: в вакуумируемую камеру можно было помещать различные объекты и наблюдать за ними в процессе откачки воздуха. С помощью этой «большой Бойлевой машины», как её окрестили коллеги, было обнаружено много новых фактов и сделано множество интересных наблюдений. Начав с повторения и уточнения опытов Герике и Торричелли, Бойль установил основные свойства пустоты: невозможность горения свечи в ней, невозможность прохождения через неё звука, закипание тёплой воды с превращением её в «воздух» и многое другое. В конце концов, Бойль заключил, что никакого эфира не существует, а пустое пространство он стал именовать «вакуумом» (по латыни – пустота). Совместно с Гуком Бойль изучал также эффект подъема жидкости в тонких трубках и показал, что этот подъём не связан с внешним атмосферным давлением. Этот результат позднее Гук положил в основу своей теории капиллярных явлений.

Итоги экспериментов с пустотой Бойль изложил в своём сочинении «Новые физико-механические опыты» (1660), после чего перешёл к изучению упругих свойств воздуха. И здесь его ждало настоящее открытие – он совместно со своим учеником Р. Таунлеем обнаружил и сформулировал знаменитый «закон Бойля-Мариотта» (pV = const), датируемый 1661 годом. Позднее, в 1676 г. этот же закон был независимо открыт французским физиком Э. Мариоттом (1620—1684) (который известен также тем, что изобрел баллистический маятник, а еще обнаружил и измерил эффект увеличения объёма воды при замерзании). В процессе проведения своих пневматических экспериментов Бойль с помощью Гука сконструировал барометр и ввёл в научный мир его название (1663). Также совместно с Гуком он в 1663 г. обнаружил появление цветных колец при прохождении света сквозь тонкие стеклянные слои (линзы). Впоследствии эти кольца получили название «колец Ньютона». Нельзя не упомянуть и сочинение Бойля «Механическое происхождение тепла и холода» (1665), в котором он совершенно отчётливо высказал мысль о том, что тепло есть не что иное, как микроскопическое движение мельчайших частиц, причём, чем это движение интенсивнее, тем больше нагрев тела. При этом он установил, что многие тела при нагревании расширяются, хотя иногда расширение может происходить и при охлаждении (например, лёд).

Увлечённо занимаясь собственными исследованиями, Бойль не забывал о призывах Ф. Бэкона поднимать и развивать английскую науку. Зная о замечательных достижениях Галилея, Декарта, Паскаля и др., вызвавших огромный резонанс в европейском обществе, он обратился к королю Карлу II с предложением преобразовать Оксфордскую «Незримую коллегию» в Королевское научное общество. Новому королю (он взошёл на престол в 1660 г.) такой шаг показался перспективным и он своим установлением от 15.10.1662 узаконил английскую Академию наук, получившую название «Лондонское Королевское общество прогресса естественных наук» и призванную «ведать рассмотрением всех новых открытий и давать о них свои заключения». Сам король так выразил свое отношение к науке: "Мы покровительствуем философии экспериментального естествознания, входящей во все , что касается торговли и ремесла".

Эта инициатива Р. Бойля оказалась на редкость удачной – Лондонское Королевское общество (ЛКО) существует до сих пор и его членами побывало большинство крупнейших учёных мира, в том числе и некоторые российские учёные. Первоначальный состав ЛКО не превышал 73 человек, причём среди них было немало принцев, герцогов и иных вельможных особ. Со временем известность и популярность ЛКО стали нарастать и в его состав вошли такие учёные как математик И. Барроу, физик Р. Бойль, астроном Дж. Грегори, физик Р. Гук, математик и механик Х. Гюйгенс, математик Дж. Валлис, архитектор К. Рен и, наконец, великий И. Ньютон. Первым президентом ЛКО был математик У. Броункер, а куратором – Р. Гук. Девизом ЛКО стала знаменитая фраза Фомы Аквинского «Словам не доверяю». Характерно, что члены ЛКО не получали жалованья, так что на проводимые ими эксперименты и исследования они тратили собственные средства. Но при этом они, в отличии от академиков других стран, пользовались гораздо большей личной свободой и независимостью.

Завершая разговор о жизни и деятельности Роберта Бойля, остаётся отметить, что его научный авторитет неуклонно возрастал на протяжении его жизни. Однако это никак не отразилось на его личностных качествах и взаимоотношениях с людьми. Хорошо известно, что двери лондонского дома его сестры (куда он переехал в 1668 г. после 15-летнего пребывания в Оксфорде) всегда были открыты для любителей и энтузиастов науки, стремящихся обсудить её актуальные проблемы. На основе этих многочисленных встреч и обсуждений Бойль даже составил футурологический прогноз будущих открытий и изобретений. Примечательно, что из 24 сделанных им прогнозов к настоящему времени реализовался 21! Когда же в 1680 году ему предложили занять пост президента Лондонского Королевского общества, он отказался от этой почётной должности. В последние годы жизни он подводит итоги своей 35-летней научной деятельности, будучи наряду с Ньютоном, «светочем английской науки», но оставаясь при этом скромным и общительным человеком. Умер он 30 декабря 1691 года и был похоронен в Вестминстерском аббатстве. Весь свой капитал он завещал Королевскому обществу для финансирования науки в Англии.

Резюме: Англия в начале Нового времени. Ф. Бэкон и его трактаты «Новый органон» и «Новая Атлантида». Его роль в появлении европейских Академий. Р. Бойль, его физические и химические эксперименты и открытия. Закон Бойля-Мариотта как начало паровой энергетики. Участие Бойля в организации Лондонского Королевского общества.

13.2. Гук – физик от Бога