Алекс Хавр: ТОРРИЧЕЛЛИ И ПУСТОТА

Abstract
О шпинделе со свистком, глупых увлечениях бургомистра и роли пустоты в международной дипломатии

Так уж устроен этот мир, что на все вопросы приходится отвечать посреди горящего дома.
(с) Виктор Пелевин «Чапаев и Пустота»

Когда речь заходит о паровой машине, то зачастую первым образом, возникающим в голове, является паровоз, отбывающий с вокзала. Раздаётся свисток, пар вырывается из-под чёрного чрева, длинные железные полосы, скрепляющие колёса (никто не знает, как они называются) начинают медленно двигаться вперёд-назад...

Картина красивая, архетипичная и... неверная. Точнее, мы представляем себе настолько поздний вариант паровой машины, что он отличается от оригинальных не меньше, чем Масковский Фалькон от китайского порохового фейерверка. А всё было намного сложнее и интереснее. Итак, начинаем погружение в прошлое...

Быть может, вы читали, что паровую машину впервые сделал ещё Герон Александрийский в первом веке нашей эры. Так вот, это бред.

Также вполне возможно, что вы читали о том, что паровую машину изобрёл Джеймс Уотт (также известный как Ватт, привет фанатам г-концепції). Так вот, это чушь.

И наконец, вполне вероятно, что вы верите, будто паровой двигатель – это разновидность паровой машины, установленная на повозку. Так вот, это ахинея.

И чтобы понять, почему я даю такие категоричные оценки, нам придётся разобраться в разнице между понятиями открытие, изобретение, усовершенствование и внедрение.

Начнём, как и положено, с определения.

Паровая машина — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию водяного пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала.

Каждое слово в этом определении, как это часто бывает, написано кровью... а, впрочем, и кровью тоже, потому как народу при разработках и эксплуатации померло и было травмировано без счёту. Так что написано кровью... А также паром, водой, смазкой и 99.9% энергии, которая в буквально смысле улетала в трубу в первых вариантах машины.

Но для начала разберёмся с несчастным, не по делу поминаемым Героном.

Его машинка представляла из себя кольцо с дырочками. Внутрь попадал перегретый пар и, вылетая из дырочек-сопел, крутил кольцо. Как мы видим, никакого поршня, никаких валов и кривошипов. Игрушка Герона принадлежит к классу газовых турбин, имеет КПД порядка 0.1% и относится к паровым машинам так же, как морская свинка к морю.

В общем, не верьте гуманитарию Марксу Энгельсу, гнавшему на рабовладельческий строй: эллинистические египтяне умели считать деньги, и сжигать драгоценные дрова с таки выходом не собирались. Так что больше о нём не будем.

А теперь переместимся сразу в благодатный и беззаботный XVII век, где католики с протестантами попеременно вздёргивают друг друга на всяческих удлинённых горизонтальных предметах, а в далёком Салеме, штат Массачусетс, проводится один из самых задокументированных экспериментов по использованию фобий для социального манипулирования.

Учёных тех времён... в смысле, натурфилософов, уже отошедших от шока после процесса на Галилеем, повсеместно волновало две проблемы: чтобы Циолковский не прославился и Бабай природа притяжения между телами и вакуум. О гравитации широкой публике известно больше благодаря самому раскрученному из адептов этой умозрительной конструкции – сумасшедшему алхимику, трактователю Апокалипсиса и подлому этатисту, придумавшему схему воровства серебра у честных бизнесменов в пользу государства, Исааку Ньютону. В ту же струю попали и первые теории магнетизма (да, люди поначалу всё пытались свести всякое притяжение к магнитам), но это совершенно другая история.

А с вакуумом было так.

Началось всё с неугомонного Галилея. Под конец жизни, находясь под колпаком иезуитов, этот мощный старик, отец современной физики, упрямо не упускал ни единого шанса, чтобы ужалить аристотилианцев с их освященными традициями, но безумно далёкими от реальности представлениями о мире. В частности, Галилео не мог не проехаться по одному тезису, популярному и по сей день: Природа не терпит пустоты (да, так сказал Аристотель, если вы не знали), согласно которому любое пустое пространство должно быть немедленно заполнено материей. Поводом для зубоскальства стала присланная на рецензию из дружественного института рудокопства и биотехнологий НАН Священной Римской Империи диссертация на тему «Откачивание воды из шахт при помощи водяных насосов и Божьей Матери». Дело в том, что водяные насосы были известны ещё со времён Александрийских умников вроде Архимеда и Герона и с Позднего Средневековья успешно применялись для того, чтобы привести глубокие шахты в состояние, не требующее аквалангов для добычи породы. И вот на рубеже Нового Времени кочевые маркшейдеры и прочий далёкий от аристотилианства подлый люд подметили странную вещь: насосы эти упорно отказывались подымать воду на высоту более 18 локтей. Не помогали ни молитвы, ни уплотнение прокладок на поршнях. И тогда кто-то предложил обратиться за консультацией к великому астрологу, чернокнижнику и политзаключённому Галилею.

Галилей ответил в своём духе: «Природа такая капризная... Может она не терпит пустоты только на 18 локтей?». После получения такого пошлого отзыва Высшая Инквизиционная Комиссия, естественно, зарубила диссертацию и распределила незадачливого соискателя без права обжалования инженером второй категории на галеры, повышать обороноспособность католической родины.

Но университетское начальство всё поняло по-своему. Как это бывает, научрук на банкете чего-то ляпнул, а потом оказалось, что это внесли в протокол и уже расписали план работ, и в результате – бац! – родилась новая тема для диссертации. Пострадавшим аспирантом оказался Эванджелисте Торричелли.

Торричелли и пустота в его руках

Впрочем, молодой человек с подозрительно протестантским именем не только оказался способным исследователем, но ещё и характером пошёл в своего руководителя-диссидента. Он единственный решился публично выступить в защиту Галилея, когда на того завели второе дело по ереси (ему за это тут же надавали по голове, и после этого мы не слышим об Эванджелисте ещё целых 9 лет). За три месяца до смерти своего учителя он посещает его и получает последние ценные указания (а заодно контрабандой переправляет богомерзким кальвинистам рукописи для печати). Среди них – и завет продолжать изучение насосов.

Как мы помним, процесс над Галилеем очень рассердил многих сильных мира сего, а среди них и Великого Герцога Тосканского, чьим астрологом... пардон, придворным математиком был великий пизанец. Римский престол и так перешёл все границы, умыкнув Галилея из Флоренции при прямом противодействии тамошнего государя, и теперь Фердинандо Медичи, в пику папе римскому, назначает новым звездочётом его молодого строптивого ученика Торричелли.

И тот не подводит. Кроме собственных работ по математике (нахождения площади под циклоидой и центра тяжести произвольной фигуры) он включает в книгу Opera Geometrica и запретные последние труды покойного Галилея, не сильно скрывая их происхождение. Но главный прорыв ждал его, внезапно, с другой стороны. Проверяя догадку учителя о том, что более плотные жидкости будут вести себя в насосе иначе чем вода, он запаивает ртуть в стеклянной трубке, а потом переворачивает её открытым концом вниз. Вот так одним простым движением он получает первый барометр и открывает Торричеллиеву пустоту – вакуум.

Первым догадался, что давление можно измерять высотой водного столпа Гаспаро Бертио Берти, работавший в Риме, около 1640 года. Но у Торричелли со ртутью всё равно получилось эффектней

Пытаясь найти объяснение этому явлению, Торричелли наконец-то обращает свой взор к небу и внезапно осознаёт, что воздух над ним – это тоже что-то вроде жидкости, только невидимой и более разрежённой. «Капец! Мы ходим по дну воздушного океана!» – в офигении произносит он и начинает приставать к коллегам с этой невразумительной идеей по поводу и без оного,

Окружающие поняли из этого набора несвязных слов только что-то вроде «О Господи, какое дно...» и, натурально, оскорбились. Руководство решило, что профессор немного переутомился со своими экспериментами и нуждается в универсальном средстве от глупых мыслей – увеличении аудиторной нагрузки. Некоторое время Эванджелисто пытался самоотверженно работать на два фронта, но студенты и тиф доконали профессора, и в 1648-м Торричелли умер в возрасте 39 лет.

На этой печальной ноте мы покидаем Италию, чтобы не возвращаться в неё ещё более 100 лет. Наш путь лежит на север – в дикую и разорённую дотла Тридцатилетней войной Германию, к человеку незаурядному во многих отношениях, бургомистру Магдебурга Отто фон Герике.

Магдебург, город на Эльбе. Один из старейших городов Германии, основанный ещё Карлом Великим. Долгие столетия – главный восточный форпост германского продвижения в славянские земли. Архиепископский город, из которого в далёком 961-м Св. Адальберт отправился на далёкую Русь по приглашению тамошней архонтессы Елены (в язычестве Ольги), чтобы крестить язычников – однако, за время пути князем успел стать её буйный сынок с непроизносимым именем, и всё закончилось очень печально для католической веры. Город – родина «магдебургского права», центр торговли, один из важнейших участников Ганзейской лиги.

В Тридцатилетнюю войну Магдебург попал, как кур в ощип. За сто лет до того, при первых звуках лютерового молотка, его горожане немедленно уверовали в личное спасение наперекор церковному и экстренно изгнали архиепископа, пригласив взамен на кафедру самых отпетых и буйных протестантов. С тех пор город упорно отклонял настойчивые ухаживания католических императоров, раз за разом присылавших сватов с алебардами и пушками, но в 1631-м нашла коса на камень, и войска знаменитого графа Тилли берут город штурмом, сжигают дотла и убивают две трети населения (что даже по меркам той совсем негуманной к мирным жителям войны было перебором). Среди прочего в лагеря для пленных попадает и сын известных магдебуржских патрициев, 29-летний учёный юрист, инженер и архитектор Отто фон Герике.

Отто фон Герике (1602–86)

Это был человек, аналогов которому в современном мире, пожалуй, найти уже невозможно. Политик, администратор и хозяйственник, вхожий в кабинеты первых лиц Европы... который внезапно остался в истории не за это вот всё, а за свои научные работы.

Всё началось с того, что Отто, вернувшись из плена, получает от города работу по специальности – архитектором. Его задача – восстановить город, сожжённый дотла. Инженерная работа очень деликатно сочетается с политической, ведь Магдебург по-прежнему находится в самом центре бушующей войны, и городским властям приходится виться ужом между шведами, саксонцами, брандербуржцами и имперцами, каждый из которых желает одного – денег и побыстрее.

Герике справляется со всеми задачами: пусть ценой уступок, но город остаётся цел и даже имеет собственный голос. Именно тогда у только что избранного (в 1646) бургомистра появляется розовая мечта – добиться для родного Магдебурга статуса вольного города, как это удалось другим партнёрам по распавшейся Ганзе – Гамбургу, Любеку и Бремену. Время вокруг царит самое подходящее для безумных планов: дипломаты всех королевств, курфюршеств, графств и самопровозглашённых атаманов снуют туда-сюда по всей Германии, подготавливая то, что в итоге получит название Вестфальского мира. Переговоры длятся ни много ни мало 20 лет, и Герике получает возможность поговорить со многими сильными мира сего. Причём не все разговоры касаются политики.

Да-да, у почтенного бургомистра есть грешок: он увлекается всякими металлическими штучками для насилования Природы. Телескопы уже стали обыденностью, и Отто увлекается другим философским спором – природой пустоты. Обчитавшись запретного Галилея (Торричелли дилеры ещё не подвезли), Герике делает вполне логичный вывод: если воздух – это такая субстанция наподобие воды, то он должен вытекать вниз, оставляя пустоту. А чтобы вытекалось быстрее, затейник-бургомистр придумал специальный прибор, состоящий из цилиндра, поршня и водяного затвора. Он ещё не знал, что тем самым создал первый воздушный насос.

После нескольких неудач с получением пустоты внутри дубовых бочек Герике сменил материал и внезапно получил эффект... правда, не тот, на который рассчитывал: медный шар, из которого «вытек» воздух, смяло и скомкало так, будто какой-то демон со злости начал его бить копытом. К счастью, инженера, перешившего осаду войсками Тилли и голодуху в плену, таким было не испугать, и он просто сделал шар попрочнее. Видимого эффекта на этот раз не было, пока Герике не попробовал отсоединить насос... безуспешно – пустота его не отпускала.

Скажем честно, первые варианты насоса Герике не сильно впечатляют. Но... они работали (справа – поршень и цилиндр из его машины)

Герике не был бы дипломатом, если бы не использовал получившийся фокус для нужд родного города. В 1654 году на дипломатическом саммите в Регенсбурге, посвящённом очередной попытке переформатирования умирающей Империи, он продемонстрировал свой знаменитый опыт с «магдебуржскими полушариями», когда 8 пар лошадей не смогли разорвать сосуд, из которого перед этим откачали воздух. Присутствующие дипломаты: в основном бароны да герцоги разного калибра, – оценили шоу по достоинству, и Магдебург получил дополнительный бонус в неформальной зачётной таблице.

Тянут-потянут...

У шайтан!

К сожалению, в итоге почти что 20-летняя борьба Герике за независимость Магдебурга закончилась неудачей – город был присоединён к владениям молодого и агрессивно растущего Бранденбурга. Впрочем, бургомистр и Великий Курфюрст быстро нашли общий язык. Фридрих Вильгельм и сам был любителем всякой научной нелепицы, и вскоре фокус с попыткой разорвать шарик был повторен посреди Берлина уже с 16 парами лошадей, а его автор получил от государя грант на дальнейшие исследования. Герике, что характерно, не успокоился, а, продолжая занимать пост бургомистра, впервые выдвинул гипотезу об упругости воздуха, провёл опыт с надувным шаром, демонстрирующий разницу давлений у земли и на высоте башни, сконструировал первый водяной барометр и ртутный манометр, а также машинку для генерации статического электричества – в общем, отрывался по полной.

Фон Герике генерирует электричество для нужд народного хозяйства (а вот реторта под висящим грузом – это реальный фейл и нарушение ТБ)