Что связало Бойля и Мариотта

Каждому школьнику известен закон Бойля — Мариотта. Но мало кто знает, кто же в действительности первым его открыл. Роберт Бойль — этот таинственный философ-алхимик, опубликовавший в 1662 году труд «Защита доктрины, обнимающей дух и вес воздуха» и обосновавший свои аргументы серией гениальных и прекрасных экспериментов? Или Эдм Мариотт — его именем упорно называют этот закон французы. Причем англичане утверждают, что Мариотт не только нагло присвоил идеи Бойля, но и украл его аппарат. Попытаемся не вмешиваться в споры, а спокойно во всем разобраться.

Роберт Бойль после смерти отца возвращается в Англию и вступает во владение значительным состоянием. Это позволило ему устроить в своем имении Столбридже прекрасную лабораторию, где в конце 1645 года он приступил к исследованиям по физике и химии. Похоже, не только Кавендиш был склонен искать ответы на мировые загадки в стенах собственного дома.

Под влиянием работ Торричелли по изучению атмосферного давления Бойль начал заниматься исследованиями 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. Так он смог выяснить, что если изменять количество ртути в длинном колене, то изменится объем воздуха в коротком.

У Бойля был ученик, молодой человек по имени Тоунли — Бойль обучал его основам физики и математики. Именно Тоунли, изучая таблицу опытов Бойля, заметил, что объемы сжимаемого воздуха пропорциональны высоте давящего на воздух столбика ртути. Это позволило самому Бойлю увидеть собственные опыты с новой стороны. Столбик ртути — это своеобразный поршень, сжимающий воздух, вес столбика соответствует давлению. Поэтому пропорция в табличных данных означает зависимость между величиной давления и объема газа. Так было получено знаменитое соотношение, которое знает теперь каждый школьник. Это соотношение Бойль подтвердил множеством опытов с давлением больше и меньше 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 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 в количественном отношении еще не было выяснено, но в нем был описан 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 Роберта Бойля вскоре после его выхода из печати подвергся резкой критике. Профессор физики Льежского университета Франциск Лин (1595–1675) возражал против существования вакуума, утверждая, что все пространство заполнено некой тонкой материей, которую он назвал «фуникулюс». По его мнению, эта тонкая материя и заставляет погруженные в нее тела действовать против своей природы: ртуть не опускаться, как это следовало бы, а подниматься вверх по трубке.

В 1662 году Бойль написал своим оппонентам ответ, названный «Прибавлением к работе 1660 года» и озаглавленный «Защита доктрины, относящейся к упругости и весу воздуха», изложив установленный закон. Однако Бойль не претендовал на его авторство. Наоборот, он подчеркивал, что Роберт Гук уже в 1660 году, а возможно, и ранее уже знал об этом соотношении.

Роберт Гук сначала был помощником химика Виллиса, а потом и самого Роберта Бойля. Он-то и изготовил вышеупомянутый насос, принимая активнейшее участие в трехлетнем цикле упомянутых 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 после прочтения первого издания сочинения учителя «Новые физико-механические эксперименты касательно упругости воздуха» высказал гипотезу, что «давление и протяжение обратно пропорциональны друг другу». К тому же, по словам Бойля, Гук, услышав от него о гипотезе Тоунли, признавался, что уже год назад произвел подобные эксперименты и пришел к положительным результатам. Бойль писал также, что в этом направлении работал и лорд Броункер, но не получил никаких результатов.

Почему же все-таки закон получил имя Бойля, а не Гука, хотя сам Бойль признал авторство последнего? Вероятно, это произошло потому, что опубликован он был в книге, на которой стояло имя Бойля, хотя, ссылаясь на Гука, он не претендовал даже на соавторство. Нечто подобное мы наблюдали в другой публикации, на которой стояло имя Исаака Ньютона.

Ну а при чем же тут Эдм Мариотт? Он провел исследования, аналогичные исследованиям Бойля, результаты которых опубликовал в 1676 году в работе «Речь о природе воздуха». Здесь, наряду с другими опытами, описывались и 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. Сам Мариотт в книге ни словом не упоминает о своем предшественнике, словно ему совершенно неизвестны работы Бойля. Между тем эти работы были известны достаточно широко, они публиковались на латинском и английском языках.

Впрочем, Мариотт не впервые забыл упомянуть своих предшественников: аналогично в 1673 году в труде о соударениях он ни словом не упомянул о работе Гюйгенса, позаимствовав у последнего не только методику эксперимента, но и основы теории.

Добавим, что по тщательности проведенных экспериментов Эдм Мариотт значительно уступает Бойлю. Последний измерил высоты ртутного столба с точностью до шестнадцатых долей дюйма, сопоставил реально наблюдаемые значения с вычислениями и указал на неизбежную погрешность в измерениях. Мариотт же измерил высоты ртутного столба в дюймах и ограничился сообщением, что опытные данные строго согласуются с расчетными. Осторожный и критически настроенный Бойль называет открытый им закон только «гипотезой», требующей экспериментального подтверждения, а Мариотт сходу провозглашает его законом или правилом природы.

Иногда, и это весьма прискорбно, в курсах физики ошибочно утверждается, будто Мариотт «уточнил» исследования Бойля, что совершенно не соответствует действительности. Однако следует признать: именно Мариотт предсказал различные применения закона. Из них наиболее значительным было определение высоты места по данным барометра. История оказалась благожелательной к Мариотту и, несмотря на очевидный приоритет, соединила его имя с именем Бойля. Закон Бойля — Мариотта ныне известен каждому школьнику, хотя правильнее все же было бы его назвать законом Бойля — Тоунли — Гука.