Как по справедливости назвать известный закон
Как по справедливости назвать известный закон
Каждому школьнику известен закон Бойля-Мариотта. Но мало кто знает, кто же в действительности первым его открыл. Может быть, Роберт Бойль[55], этот таинственный алхимический философ, опубликовавший в 1662 году труд «Защита доктрины, обнимающей дух и вес воздуха» и обосновавший свои аргументы серией гениальных и прекрасных экспериментов. Или Мариотт[56] — его именем упорно называют этот закон французы. При этом англичане утверждают, что Мариотт не только нагло присвоил идеи Бойля, но и украл его аппарат.
Вернувшись после смерти отца в Англию, Бойль вступил во владение значительным состоянием, которое позволило ему устроить в своем имении Столбридже прекрасную лабораторию, где в конце 1645 года он приступил к исследованиям по физике и химии. Под влиянием работ Торричелли по изучению атмосферного давления Бойль занялся исследованием свойств воздуха. Он брал трубки U-образной формы с разной длиной колен. Короткое было запаяно, а длинное открыто. Заливая в длинное колено ртуть, Бойль «запирал» воздух в коротком колене и выяснил: если изменять количество ртути в длинном колене, то изменяется объем (V) воздуха в коротком. У Бойля был ученик, молодой человек по имени Тоунлей, которого Бойль обучал основам физики и математики. Именно Тоунлей, изучая таблицу опытов Бойля, подметил, что объемы сжимаемого воздуха пропорциональны высоте давящего на воздух столбика ртути. После этого Бойль увидел свои опыты в новом ракурсе. Столбик ртути — это своеобразный поршень, сжимающий воздух, вес столбика соответствуют давлению (Р). Поэтому пропорция в табличных данных означает зависимость между величиной давления и объема газа. Так было получено соотношение PV = const, которое Бойль подтвердил множеством опытов с давлениями, большими и меньшими атмосферного. То есть была установлена закономерность: объем газа обратно пропорционален его давлению. Произошло это в 1662 году. А двумя годами ранее, в 1660 году, Бойль опубликовал свой трактат «Новые физико-механические эксперименты, относящиеся к упругости воздуха и его эффектов. Произведены по большей части на новой пневматической машине». В этом труде соотношение между давлением и объемом воздуха еще не было выяснено в количественном отношении, но в нем описывался воздушный насос, изобретенный Бойлем и позволивший провести многочисленные эксперименты и получить результат, вошедший в физику под названием закона Бойля, — давление постоянной массы газа при постоянной температуре обратно пропорционально занимаемому им объему.
Труд Бойля вскоре после его выхода из печати подвергся резкой критике. Так, профессор физики Льежского университета Франциск Лин (1595–1675) возражал против существования вакуума и утверждал, что все пространство заполнено некой тонкой материей, которую он назвал «фуникулюс». По его мнению, эта тонкая материя и заставляет тела, погруженные в нее, действовать против своей природы: например, ртуть не опускаться, как это следовало бы, а подниматься вверх по трубке. Бойль ответил в 1662 году своим оппонентам в Прибавлении к работе 1660 года, озаглавленном «Защита доктрины, относящейся к упругости и весу воздуха», точно изложив установленный закон. Однако Бойль не претендовал на его авторство. Наоборот, он подчеркивал, что его ассистент Гук уже в 1660 году, а возможно, и ранее знал это соотношение.
Роберт Гук, сам изготовивший насос, принимал активнейшее участие в трехлетием цикле экспериментов. Чтобы полностью быть справедливым, Бойль сообщал и о Ричарде Тоунли, работавшем, по его словам, над проблемой соотношения между давлением воздуха и его объемом. Бойль указывает, что Ричард Тоунли, читая первое издание его сочинения «Новые физико-механические эксперименты касательно упругости воздуха», высказал гипотезу, что «давления и протяжения обратно пропорциональны друг другу». Но, насколько это было известно, Тоунли не нашел закона PV = const. По словам Бойля, Гук, услышав от него о гипотезе Тоунли, признался, что уже год назад произвел эксперименты в этом направлении и пришел к положительным результатам. Бойль указывал также, что в этом направлении работал лорд Броункер, но не получил никаких результатов[57].
Почему же все-таки закон получил имя Бойля, а не Гука, хотя сам Бойль признал авторство последнего? Как видно, потому, что опубликован он был в книге, на которой стояло имя Бойля. Бойль в этой книге ссылается на Гука как на автора закона, отнюдь не претендуя даже на соавторство. Ну а что же тогда Эдм Мариотт? Он провел исследования, аналогичные исследованиям Бойля, результаты которых опубликовал в 1676 году в работе «Речь о природе воздуха», где наряду с другими опытами описывались эксперименты по изучению зависимости между давлением воздуха и занимаемым объемом. При этом он пришел к тем же выводам, что и Бойль, и вывел закон, который французы, естественно, назвали законом Мариотта. Мариотт ни словом не упоминает о своем предшественнике, словно ему совершенно неизвестны работы Бойля. Между тем работы Бойля были широко известны: они публиковались на латинском и английском языках. Впрочем, Мариотт не впервые забыл упомянуть своего предшественника, ведь точно так же в 1673 году в труде о соударениях он ни словом не сказал о работе Гюйгенса, позаимствовав у последнего не только методику эксперимента, но и основы теории.
Работа Мариотта значительно уступает работе Бойля в отношении тщательности эксперимента. Бойль измеряет высоты ртутного столба с точностью до шестнадцатых долей дюйма, сопоставляет реально наблюдаемые значения с вычислениями и указывает на неизбежную погрешность в измерениях. Мариотт измеряет высоты ртутного столба в целых дюймах и ограничивается сообщением, что опытные данные строго согласуются с расчетными. Осторожный и критически настроенный, Бойль называет открытый им закон только «гипотезой», требующей экспериментального подтверждения. Мариотт провозглашает его законом или правилом природы. К сожалению, иногда в курсах физики ошибочно утверждается, будто Мариотт «уточнил» исследования Бойля, что совершенно не соответствует действительности. Тем не менее именно Мариотт предсказал различные применения закона. Из них наиболее важным был расчет высоты места по данным барометра. История оказалась благожелательной к Мариотту и, несмотря на очевидный приоритет Бойля, соединила его имя с именем последнего. Закон Бойля-Мариотта ныне известен каждому школьнику, хотя правильнее его было бы назвать «законом Бойля — Тоунли — Гука».