Наследие естествоиспытателя

На Земле великое множество неисследованных мест. Если на суше белых пятен остается меньше с каждым днем, то океан еще долго будет удивлять человечество. Что уж тогда говорить о космосе, в котором человек пытается что-то исследовать, но пока что не хватает ресурсов и возможностей для путешествия куда-то дальше окрестностей собственной планеты? Теоретически, конечно, изучать его можно, и даже нужно, но колоссальную пользу в ближайшие десятилетия это вряд ли принесет. Одна из немногих вещей, точно известных людям — межзвездное пространство заполнено вакуумом. То есть оно представляет собой пустоту, в прямом смысле этого слова.

Я не беру в расчет космические тела вроде комет и планет. Именно то, что находится между ними — вакуум, который наука характеризует как “свободное от вещества пространство”. Но это определение изучают еще на школьной скамье. А вот имя человека, который первым поставил перед собой цель получить “пустое пространство”, или хотя бы доказать его существование, вряд ли кто-то вспомнит. Давайте знакомиться с ним заново — Отто фон Герике, немецкий физик, инженер и философ.

Попытка №1

В 1646 году Отто был назначен бургомистром города Магдебурга, но не прекратил свою активную инженерную деятельность. Архивы города сохранили мнение о фон Герике, как о разумном правителе. Научные летописи не менее бережно хранят его имя: именно он провел знаменитый эксперимент с “магдебургскими полушариями”, которым продемонстрировал и силу давления воздуха, и собственное изобретение — воздушный насос.

http://slavyanskaya-kultura.ru/upload/wysiwyg/2143f9211dfc85a665a6c1e8d63ca9e1.jpg

Участником первого эксперимента по созданию пустоты была простая винная бочка. Герике с помощниками заполнил огромную емкость водой, плотно закупорил (по крайней мере, ему так показалось), и подсоединил к бочке узкий шланг с поршнем. С его помощью инженер надеялся выкачать воду так, чтобы в бочке не осталось ничего — даже воздуха. Однако, несмотря на верные расчеты, опыт не удался. Прежде, чем воду удалось хоть немного откачать, лопнули железные обручи, которыми были стянуты труба и бочка, и отлетели болты, их скрепляющие — не выдержали нагрузки. Изобретатель не успокоился, и заменил их на более прочные. Когда недостатки были устранены, опыт повторили. Три взрослых, сильных мужчины с трудом, но откачали-таки воду. Но Герике не был удовлетворен результатом: согласно его дневнику, в бочке после откачивания воды раздавался тихий шум, сравнимый со звуком закипания воды. Так было ровно до того момента, пока воздух, проникающий в емкость через микроскопические щели и поры, не заполнил ее полностью. Увы — Герике не располагал инструментами и материалами, которые позволили бы ему добиться полной герметичности, и вторая попытка также закончилась фиаско.

Попытка №2

Но бургомистр не собирался опускать руки. Он повторил эксперимент. На этот раз Герике использовал полые медные полушария, каждое по 35,5 см диаметром, и воздушный насос собственного изобретения. В мае 1654 года инженер провел блестящий показательный опыт, в котором был настолько уверен, что не постеснялся продемонстрировать его в Рейхстаге, в присутствии императора Фердинанда III и высокопоставленного окружения правителя. Герике приложил полушария друг к другу, и насосом откачал из них воздух.

http://slavyanskaya-kultura.ru/upload/wysiwyg/62248f02f314459e19430abbc2e8f26a.jpg

В результате медные полусферы настолько притянулись, что развести их в разные стороны не удалось и двум конным упряжкам, в каждой из которых было по восемь лошадей. Но и этим эффектным зрелищем ученый не удовольствовался, и повторил тот же эксперимент через два года, а еще через семь лет решил усилить “тягу”: в 1663 году магдебургские полушария, успевшие к тому времени прославиться, увидел Берлин. Но Герике решил, что 16 лошадей — слишком мало, и увеличил упряжки: теперь в каждой было по 12 саврасок. Он все-таки добился своей цели, наглядно продемонстрировав существование атмосферного давления, и получил пустоту (конечно, далекую от идеала), которую впоследствии люди назвали вакуумом.
Если брать за основу данные Герике, то для разведения полусфер в стороны потребуется 54 лошади.

Наследие естествоиспытателя

Дневники естествоиспытателя легли в основу его книги. “Новые, так называемые магдебургские опыты с пустым пространством” (который раз отмечаю чересчур длинное название трактатов той эпохи) содержали данные о некоторых экспериментах Герике. Не один ученый по достоинству оценил эти сведения! Опыты немецкого инженера были продолжены, и в конце XVIII века предсказание погоды стало не таким недостижимым благодаря метеорологам из Франции, взявшим за основу результаты Герике и собственные наработки. Знаменитый бургомистр еще в 1654 году делал герметичные прокладки из свиной кожи, пропитанные смесью масла и воска, и два века спустя о них вспомнят его соотечественники, трудящиеся в области механики.

Попалась эта книга и Чарлзу Вильсону, физику из Шотландии.

http://slavyanskaya-kultura.ru/upload/wysiwyg/5100a27dfa560a115530bb441b1db036.jpg

Ученый несколько раз перечитал ее, но особо заострил внимание на одном из экспериментов. Суть его заключалась в следующем: две стеклянных колбы разного размера соединялись между собой трубкой с вентилем, отделяющим одну колбу от другой. Когда из большего сосуда выкачивали воздух, открывали вентиль: в результате внутри него образовывалось небольшое туманное облачко. Оно держалось недолго, но этого времени хватило, чтобы заинтересовать Вильсона.

Он пришел к выводу, что конденсат, которым и являлся этот сгусток тумана, образуется вокруг заряженных частиц. Предположение было верным, и ученый пошел еще дальше, задавшись вопросом — что будет, если в сосуде не окажется заряженных частиц? Тогда водяные пары не найдут “центр”, вокруг которого могут сконцентрироваться, и останутся в подвешенном состоянии, пока внутри колбы не окажется заряженной частицы. Тогда произойдет мгновенная конденсация.

Этот принцип стал основополагающим в главном изобретении Вильсона — трекового детектора заряженных частиц, или попросту камеры Вильсона, созданной им в 1912 году. Когда частица из радиоактивного источника пролетает через эту камеру, то по пути она ионизирует молекулы воздуха. В итоге на них образуется конденсат, который выделяется светлым туманом на темном фоне, образуя след (трек — отсюда и название), вполне поддающийся фотографированию.

http://slavyanskaya-kultura.ru/upload/wysiwyg/3dfd2a81de11695f21a41b6ccafcd874.jpg

За это изобретение Вильсон удостоился Нобелевской премии, полученной им в 1927 году.

Отто фон Герике ухитрился не только удивить современников и запечатлеть свое имя на скрижалях науки: он передал свои знания и опыт потомкам. Пытливый ум способен найти что-то новое даже в старом, не единожды читаном трактате. Наверное, стоит внимательнее относиться к старинным книгам: вдруг именно вам суждено найти там что-то гениальное, мимо чего прошли остальные?