Торричелли - Об атмосферном давлении

Преславный синьор и ученейший мой покровитель!

<...> Я уже упоминал раньше¹, что занимался производством некоего философского эксперимента, касающегося пустоты, не для того, чтобы просто произвести пустоту, но для того, чтобы сделать прибор, который показывал бы перемены воздуха, то более тяжелого и густого, то более легкого и тонкого. Многие говорили, что пустоты не существует, другие - что она существует, но Природа испытывает к ней отвращение, и что создание такой пустоты требует усилий. Уже не помню, кто-то говорил, что она существует, не требуя усилий и без того, чтобы Природа ее образованию противилась. Я рассуждал так: если бы можно было найти совершенно явную причину, от которой проистекало бы такое сопротивление, ощущаемое нами, когда хотят произвести пустоту, то, как мне кажется, тщетна была бы попытка приписать именно пустоте подобное действие, которое явно проистекает от другой причины. Однако, произведя некоторые весьма простые расчеты, я нашел, что причина, мною предложенная (т. е. тяжесть воздуха), сама по себе взятая, Должна была бы оказывать большее противодействие, чем это имеет место тогда, когда пытаются образовать пустоту². Говорю это для того, чтобы какой-нибудь философ, видя, что нельзя избежать признания тяжести воздуха за причину противодействия, ощущаемого нами при образовании пустоты, не сказал бы, что хотя он готов допустить действие тяжести воздуха, но продолжает настаивать, что и Природа содействует в этом случае своим отвращением к пустоте.

Мы живем погруженные на дно океана воздушной стихии, о которой посредством неоспоримых опытов известно, что она имеет тяжесть, и притом такую, что наиболее густой воздух, по соседству с земной поверхностью, имеет вес, составляющий примерно 1/400 веса воды. Авторы сочинений о "вечерних зорях" заметили³ что видимый воздух, наполненный парами, достигает высоты над нами примерно 50 или 54 миль. Тем не менее я не думаю, чтобы высота была столь большой, ибо я показал, что в таком случае пустота должна была бы оказывать гораздо большее противодействие, чем она это делает. Правда, остается выход: утверждать, что под весом, который указан Галилеем, следует понимать вес самого нижнего воздуха, в котором живут люди и животные, но что над вершинами высоких гор воздух начинает становиться совершенно чистым и имеющим гораздо меньший вес, чем 1/400 веса воды.

Мы сделали много стеклянных сосудов, подобных тем, которые изображены здесь и обозначены буквами А и В, - широкие, с шейкой длиной в два локтя. Когда они были наполнены ртутью, а затем отверстие закрыто пальцем и сосуды эти были погружены в чашку С, где находилась ртуть, можно было видеть, что они становились пустыми и ничего не поступало в опустошающийся сосуд. Однако шейка AD оставалась всегда наполненной до высоты 1¹/₄ локтя и еще одного пальца. Дабы показать, что сосуд был совершенно пустым, нижняя чашка наполнялась водой до D, и если сосуд постепенно поднимали, можно было видеть, что, когда отверстие сосуда достигало воды, ртуть опускалась из шейки, а вода целиком наполняла сосуд со страшным напором (con impeto horrible) вплоть до знака Е. Пока сосуд АЕ был пустым и ртуть, хотя и обладающая большой тяжестью, продолжала держаться в шейке АС, мы рассуждали так: до сих пор существовало мнение, будто сила, не позволяющая ртути, вопреки ее природному свойству, падать вниз, находится внутри сосуда АЕ, т. е. заключается либо в пустоте, либо в веществе предельно разреженном. Однако я утверждаю, что эта сила - внешняя - и что сила берется извне. На поверхность жидкости, находящейся в чашке, действуют своей тяжестью 50 миль воздуха. Что же удивительного, если ртуть, не имея ни стремления, ни отвращения находиться в стеклянном сосуде СЕ, проникает туда и поднимается настолько, чтобы уравновесить тяжесть наружного воздуха, который ее гонит.

Далее, вода в аналогичном, но гораздо более длинном сосуде будет подниматься почти до 18 локтей (т. е. до высоты, во столько раз большей, во сколько раз ртуть тяжелее воды).

Я подтвердил приведенное рассуждение, произведя одновременно эксперимент с сосудом А и трубкой В. Ртуть останавливалась в них на том же уровне АВ - почти верный знак того, что сила не находилась внутри. Ведь сосуд АЕ обладал бы большей силой и разреженное и притягивающее вещество, в нем находящееся, должно было бы быть благодаря большему объему более действенным, нежели вещество в совсем маленьком пространстве В. <...>

Должен сказать еще, что главное мое намерение не могло осуществиться, а именно определить при помощи прибора ЕС, когда воздух бывает более густым и тяжелым и когда он более тонкий и легкий, ибо уровень АВ меняется еще и от другой причины (чего я никак не думал), а именно - от теплоты и холода, и притом весьма ощутимо, совершенно так, как если бы сосуд АЕ был полон воздуха.

КОММЕНТАРИЙ:

Перевод письма Э. Торричелли с итальянского выполнен В. П. Зубовым. Приводится только та его часть, в которой речь идет о барометрических опытах. Перевод печатается по публикации: Зубов В. П. Из переписки между Эванджелиста Торричелли с Микельанджело Риччи. Вопросы истории естествознания и техники. М., 1959. Вып. 8, С. 95-101.

¹ Письмо, на которое ссылается Торричелли, не сохранилось.

² Оценки Торричелли и других ученых основывались на данных о высоте атмосферы Н = 50 миль (73 600 м) и измерениях Галилея, касающихся веса воздуха (1/400 веса воды). При оценках полагалось, что, говоря современным языком, плотность воздуха не меняется с высотой. Нетрудно показать, что рассчитываемое не основе этих предположений атмосферное давление должно составить 20 атм. О предложениях Торричелли относительно причин расхождения расчета и данных опыта см. ниже текст письма.

³ Здесь речь идет о ряде трактатов, в которых рассматривалось явление атмосферной рефракции.