Великите изобретения на човечеството: Барометър

1643 г.

ПРИРОДАТА ВЕЧЕ НЕ СЕ БОИ ОТ ПРАЗНОТАТА

Друго събитие, което заляга в основата на модерната физика – изобретяването на барометъра от Торичели, прави очевидно съществуването на атмосферното налягане. Така се отхвърля категорично едно от най-старите и трайни предубеждения на класическата мисъл.

Природата не търпи вакуум. Тази сентенция на средновековната схоластика е инспирирана от Аристотел, който пише през VІ век пр.н.е. в своята Физика:

”Съществуването на празнота е невъзможно.” По този начин Аристотел смята да отхвърли тезата на атомистите, пропагандирана през предишния век от Левкип и Демокрит от Абдера, които твърдят, че съществуването на неделими тела, наречени атоми, налага и съществуването на едно празно „цяло”, в което те се съдържат.

/ ПРАЗНОТАТА, КАКВА ОМРАЗНА ГРЕШКА

В Средновековието мнимата непоносимост на природата към празнотата е издигната в догма до такава степен, че преподаването й е посочено сред 219 „омразни грешки”, изнесени през 1277 г. от епископа на Париж Етиен Тампие за подбуждане на папата и теолозите.

Но в частни разговори се допуска, а Жан Бюридан го прави публично през ХІV век, че Господ има власт да създава вакуум по свръхестествен начин.

Галилей, в своя труд Реч на тема две нови науки, публикуван през 1638 г., който стои в основата на модерната физика, поставя въпроса отново на дневен ред. Той вярва, че природата не търпи празно пространство, но смята, че това има граници (допуска такава възможност): „…тъй като вие желаете преди всичко да опознаете съпротивлението при разлив на тела, които не са устроени от влакна, за разлика от въжето и по-голяма част от дърветата. Както изглежда, сцеплението между техните части зависи от други причини, които по мое мнение се свеждат до две: Първата е известната нетърпимост на природата към пустотата…”

Наистина, обяснява Галилей, разривът на тези тела довежда до временна празнина, която бива запълнена в следващия миг от нахлулия въздух. Природата, боейки се от вакуума, му се противопоставя, като извършва действие на сцепление (кохезия) спрямо материята. Но то е ефикасно само до определена точка, отвъд която природата абдикира. За илюстрация на своята теза физикът посочва пример с водните струи: водопроводчиците на Флорентинския херцог забелязали, че височината на водните струи никога не надхвърля десет метра „каквито и да са помпите – широки, тесни, тънки като сламка”. Галилей обяснява това явление с факта, че височината 10 м представлява граница на съпротивление на водния стълб срещу вакуума: след като премине тази граница, силата на сцепление, упражнявана от природата, престава да действа и водният стълб се разпада.

/ ЕКСПЕРИМЕНТЪТ НА ТОРИЧЕЛИ

Няколко години по-късно, през 1643 г., италианският физик Еванджелиста Торичели се връща към проблема. Ученият, последовател на Галилей, решава да замени водата с живо сребро (живак), предчувствайки, че течността, която е четиринайсет пъти по-плътна от водата, ще се издигне не толкова високо. Той поверява опита на приятеля си Вивиани, който запълва с живак дълга стъклена тръба, херметично запечатана в единия край, и я преобръща в легенче с живак. Живакът от тръбата се излива в легена, но вътре остава стълб от около 76 см. Над него, където преди е имало живак, сега има вакуум. Торичели стига до заключение, че въздушните слоеве упражняват чрез теглото си истинско налягане върху живака от легенчето и че това налягане поддържа живачния стълб „висящ” в тръбата. По тази причина именно, а не поради хипотетична граница на съпротивление на вакуума височината на водните струи не надхвърля десет метра. И той доказва това чрез изчислението, че височината на живачния стълб съответства на 1/14 от максималната височина на водните струи. Впрочем, той забелязва леки ежедневни колебания във височината на живачния стълб и заключава, че те се дължат на промени в атмосферното налягане. Торичели успява едновременно да демонстрира теглото на въздуха и да изобрети инструмент за измерването му – живачния барометър. Нещо повече, той получава вакуум в затворено пространство, с което доказва, че природата не се бои от него.

/ ПАСКАЛ СЪЩО ЕКСПЕРЕМЕНТИРА

Френският учен подема опитите на Торичели. Той следил с интерес експериментите на италианеца и публикува резултатите през 1647 г. в своите Нови опити върху вакуума. Паскал решава да демонстрира доказателството, тръгвайки от постулата, че щом въздушното налягане е причината за наблюдаваните явления, то би трябвало да намалява с височината. Така той слага начало на големия опит с равновесието на течностите с помощта на две „тръби на Торичели”: едната поставя на хълм, другата – в равнината. Разликата в равнището на живака в двете тръби (повече от 0,8 см) определя по безспорен начин, че височината в живачния стълб в тръбата на Торичели се променя с надморската височина и че причината за спирането на живака е именно теглото и налягането на въздуха.

/ РЕШИТЕЛЕН ПРОБИВ

Свършено е със старата двадесетвековна теория. Освен огромният концептуален пробив, който представлява демонстрацията за съществуването на вакуума, фактът, че тя може да се осъществи експериментално, обновява изцяло физиката. Първоначално вакуумът се създава в барометрични камери на принципа, открит от Торичели.

После по примера на великите „механици” от ХVІІ и ХVІІІ век (фон Герике, Бойл, Мариот, Папен, Хук, Хауксби) са създадени пневматични помпи, способни да изтеглят въздуха и да създават все по-големи пространства под вакуум. Като се започне от тръбите под вакуум от ХІХ век до големите съвременни ускорители на частици, получаването на вакуум под налягане става основно изискване на експерименталната физика. Колкото до двойката вакуум – атмосферно налягане, тя играе ключова роля в замисъла на първите парни машини.

< ПАСКАЛ И „СТРАХЪТ ОТ ПРАЗНОТАТА” >

Този знаменит текст е взет от предупреждението към читателя в Разказ за големия опит на равновесието на течностите (1648 г.), където е отразен класическият експеримент на хълма до катедралата.

„Скъпи мой читателю. Всемирното съгласие на народите и тълпата на философите се надпреварват в повтарянето на този принцип, че природата би понесла по-скоро собственото си разрушение, отколкото най-малко празно пространство.

Няколко личности сред най-издигнатите (Паскал има предвид Галилей) са по-умерени: защото, освен да вярват, че природата се бои от празното пространство, те все пак си дават сметка, че това има граници, които могат да бъдат преодолени чрез насилие; но все още, не се е намерил такъв, който да изкаже трето мнение: а именно, че природата въобще не се бои от празното пространство, че тя не прави никакво усилие, да го избегне, и че го допуска без съжаление и без съпротива.

Опитът, който ви описах в моето кратко изложение, разрушава според мен първия от тези принципи, а не виждам и вторият да издържи на това, което ви съобщавам сега. Така че няма никаква трудност да взема третия, че природата не се бои от вакуума, че тя не прави усилие да го избягва; че всичко произтича от теглото и налягането на въздуха; че този принцип е единствената и истинска причина и че единствено поради непознаването му е бил измислен нарочно този въображаем страх от вакуума.”

Из едноименният труд на Мишел Ривал.