DZIEJE RELIGII, FILOZOFII I NAUKI
indeks | antologia religijna | antologia filozoficzna | filozofia nauki
Badania Blaise Pascala nad ciśnieniem atmosferycznym
za: Dzieje rozwoju fizyki w zarysach, M. Grotowski,
M. Sadziewiczowa, W. Werner, S. Ziemecki (oprac.)
Warszawa: Mathesis Polska 1931 [język przekładu i pisownia zostały
uwspółcześnione]
Woda w pompach ssących, twierdzili arystotelicy, unosi
się w górę, gdyż natura boi się próżni. Gdy więc usuwamy powietrze z
rury, woda musi zająć jego miejsce.
Galileusz zauważył jednak, że woda w pompach ssących podnosi się tylko
do pewnej wysokości (nie większej niż ok. 10 m, a w praktyce, z uwagi na
nieszczelność tłoków, nieco mniej).
Uczeń Galileusza, Evangelista Torricelli (1608-1647), korzystając z badań nad
ciśnieniem, jakie woda wywiera na zanurzone w niej przedmioty,
stwierdził, że żyjemy na dnie "oceanu powietrza" i że to nacisk
powietrza z zewnątrz powoduje, iż woda unosi się w górę w naczyniu, z
którego powietrze usuwamy. Aby ułatwić badania, posłużył się cieczą o
13-krotnie większym niż woda ciężarze właściwym - i w 1643 skonstruował
barometr rtęciowy.
Blaise Pascal zaproponował przeprowadzenie eksperymentu, który miał
rozstrzygnąć spór o to, czy prawdziwa jest teoria lęku przed próżnią,
czy teoria - jak ją później nazwano - ciśnienia atmosferycznego. O tym
opowiadają dwa listy, jakie wymienił z przyjacielem.
Opowiadanie o wielkim doświadczeniu dotyczącym równowagi
płynów
Récit de la grande expérience de l'equilibre des liqueurs
LIST PASCALA DO PÉRIERA
15 listopada 1647 r.
Nie odrywałbym Pana od ciągłej pracy, związanej z Pańskim zawodem, aby zajmować Pana kwestiami fizycznymi, gdybym nie wiedział, iż są one dla Pana wypoczynkiem w wolnych chwilach i nieutrudzającą rozrywką...
To, co Panu dziś zakomunikuję, będzie tylko ciągiem dalszym naszych rozmów o próżni. Zna Pan mniemania filozofów, dotyczące tego przedmiotu: wszyscy oni uważali za pewnik, że natura boi się próżni; i wszyscy niemal, co zatem idzie, utrzymywali, iż próżnia jest niemożliwością w naturze, która raczej by samą siebie zniszczyła, niżby dopuścić miała próżnię. W mej rozprawie o próżni starałem się zwalczyć tę opinię i sądzę, że dane doświadczalne, które zebrałem co do tej kwestii, wykażą jasno, że natura może pozostawić dowolnie wielką, wolną od wszelkiej materii przestrzeń, i że takową w rzeczywistości pozostawia.
Zajmuję się obecnie poszukiwaniem danych, które pozwoliłyby rozstrzygnąć, czy działanie, przypisywane lękowi przed próżnią, może być sprowadzone do czegoś podobnego, czy też powodowane jest przez ciężkość i ciśnienie powietrza. Obmyśliłem doświadczenie, które powinno kwestię tę wyjaśnić, o ile będzie wykonane z odpowiednią ścisłością.
Chodzi o wykonanie znanego doświadczenia z próżnią kilkakrotnie tego samego dnia, w tej samej rurce, z tą samą rtęcią raz po raz to u podnóża, to na szczycie góry, wzniesionym najmniej na pięćset do sześciuset tuazów [1 toise = 1,95 m], aby sprawdzić, czy wysokość słupka rtęci w rurce w obu wypadkach będzie jednakowa, czy też różna. Rozumie Pan już zapewne, że doświadczenie to rozstrzygnie kwestię, i że, jeśli wysokość rtęci będzie mniejsza na szczycie niż u podnóża góry (co skłonny jestem przypuszczać, pomimo przeciwnej opinii tych wszystkich, którzy się nad tą sprawą zastanawiali), wyniknie stąd niezawodnie, iż ciężkość i ciśnienie powietrza stanowią jedyną przyczynę tego zatrzymania się rtęci, nie zaś lęk przed próżnią; jest bowiem rzeczą pewną, iż o wiele więcej powietrza ciąży u podnóża góry niż na jej wierzchołku; trudno jest natomiast przypuszczać, iż natura bardziej obawia się próżni u podnóża niż na wierzchołku góry. Wykonanie tego doświadczenia związane jest z pewnemi trudnościami. Trzeba by do tego celu znaleźć dostatecznie wysoką górę w pobliżu miasta. Musiałby się dodatkowo znajdować tam ktoś, kto doświadczenie to potrafiłby wykonać z należną starannością. Ponieważ trudno by było znaleźć poza Paryżem kogoś odpowiedniego, również jak i miejsce, odpowiadające warunkom doświadczenia, przeto uszczęśliwiony jestem, iż znalazłem zorówno osobę, jak i miejsce, ponieważ miasto Clermont leży u podnóża góry Puy-de-Dôme 500 tuazów wysokiej, i dalej, ponieważ żywię nadzieję, iż Pan zechce sam to doświadczenie wykonać.
LIST PÉRIERA DO PASCALA
22 września 1648 r.
Nareszcie wykonałem doświadczenie, którego od tak dawna Pan sobie życzył. Przesyłam Panu poniżej dokładne sprawozdanie.
W sobotę 19-go bieżącego miesiąca pogoda była zmienna; pomimo to koło godziny piątej z rana zdawało się być dość ładnie, i ponieważ wierzchołek Puy-de-Dôme był odsłonięty, zdecydowałem się wejść nań, aby wykonać doświadczenie. Powiadomiłem przeto o tym kilku szanownych obywateli miasta Clermont, którzy prosili mnie, abym ich uprzedził o dniu, kiedy się tam udam; pomiędzy nimi było kilku duchownych, poza tym — świeccy. (...) Wszyscy — ludzie wielce uzdolnieni nie tylko w kierunku swego zawodu, lecz również w naukach, toteż byłem zachwycony, iż mogę w ich towarzystwie urzeczywistnić ten piękny zamiar. Zebraliśmy się więc wszyscy dnia tego koło godziny ósmej z rana w ogrodach Ojców Minimów, które znajdują się w najniższej niemal okolicy miasta, i rozpoczęliśmy tam doświadczenie w sposób następujący. Najpierw nalałem do naczynia szesnaście funtów rtęci, którą czyściłem wcześniej przez trzy dni, i wziąwszy dwie rurki szklane równej grubości, długości czterech stóp, hermetycznie zatopione z jednego końca i otwarte z drugiego, wykonałem z każdą z nich wiadome doświadczenie z próżnią w tym samem naczyniu, po czym, gdy zbliżyłem i zetknąłem ze sobą obie rurki, nie wyjmując ich z naczynia, okazało się, iż rtęć, jaka pozostała w każdej z nich, znajdowała się na tym samym poziomie — dwadzieścia sześć cali i trzy i pół linii ponad poziomem rtęci w naczyniu. Wykonałem to doświadczenie w tym samem miejscu, za pomocą tych samych dwóch rurek, z tą samą rtęcią i w tym samym naczyniu jeszcze dwa razy i ciągle wychodziło, że rtęć w obu rurkach jest na tym samym poziomie i na tej samej wysokości, co za pierwszym razem.
Po czym pozostawiłem jedną z tych rurek w naczyniu dla porównania, zaznaczyłem na szkle wysokość rtęci i, pozostawiając tę rurkę w tym samym miejscu, uprosiłem R.P. Chastin'a, jednego z miejscowych mnichów, człowieka równie pobożnego, jak uzdolnionego i znającego się bardzo dobrze na tych kwestiach, aby obserwował od czasu do czasu w ciągu dnia, czy nie zajdzie w niej jakaś zmiana. Z drugą zaś rurką i z częścią tej samej rtęci udałem się w towarzystwie reszty panów na szczyt Puy-de-Dôme, wzniesiony ponad ogrodem klasztornym na jakieś pięćset tuazów, gdzie po wykonaniu tego samego doświadczenia w ten sam sposób, co w ogrodzie klasztornym, okazało się, że w tej rurce pozostawały tylko dwadzieścia trzy cale i dwie linie rtęci, podczas gdy w ogrodzie klasztornym w tej samej rurce było dwadzieścia sześć cali i trzy i pół linii, — że więc pomiędzy poziomem rtęci w rurce w obu tych wypadkach zachodzi różnica trzech cali i pótorej linji. Napełniło to nas zachwytem i podziwem i tak nas zdumiało, że dla własnej przyjemności zapragnęliśmy powtórzyć doświadczenie. Toteż wykonałem je jeszcze pięć razy bardzo dokładnie w różnych punktach wierzchołka góry, zarówno pod dachem w znajdującej się tam małej kaplicy, jak na otwartym powietrzu, zarówno w zaciszu, jak na wietrze, zarówno przy pięknej pogodzie, jak w czasie deszczu i mgły, która nas tam od czasu do czasu nawiedzała, — oczyszczając za każdym razem bardzo starannie rurkę z powietrza: za każdym razem znajdowałem tę samą wysokość poziomu rtęci w rurce, równą dwudziestu trzem calom i dwu liniom, a więc różną o trzy cale i półtorej linii od wysokości w ogrodzie klasztornym, równej dwudziestu sześciu calom i trzem i pół liniom, co też nas w zupełności zadowoliło.
Później, schodząc z góry, wykonałem po drodze to samo doświadczenie zawsze z tą samą rurką, tym samem żywym srebrem i tym samym naczyniem w miejscu, zwanym „Lafon de l'Arbre" i położonym znacznie ponad ogrodem klasztornym, a znacznie niżej niż wierzchołek góry; i stwierdziłem, że wysokość żywego srebra wynosiła tam dwadzieścia pięć cali. Wykonałem doświadczenie po raz drugi w tym samym miejscu, i p. Mosnier, jeden z moich towarzyszy, przeprowadził je przez ciekawość sam: wykonał więc je również w tym samym miejscu, i ciągle wypadała ta sama wysokość, równa dwudziestu pięciu calom, mniejsza od tej, która została uzyskana w ogrodzie klasztornym, o cal i trzy i pół linii, oraz większa od tej, którą uzyskaliśmy przed chwilą na szczycie Puy-de-Dóme, o cal i dziesięć linii; wzmogło to w znacznym stopniu nasze zadowolenie, gdyż widzieliśmy, iż wysokość żywego srebra zmniejsza się stosownie do poziomu danych miejsc.
Wreszcie, powróciwszy do ogrodu klasztornego, stwierdziłem, że w naczyniu, pozostawionym dla porównania, [rtęć sięga na] tę samą wysokość, [jak wtedy, gdy] je pozostawiłem, równą dwudziestu sześciu calom i trzem i pół liniom, na której to wysokości, według sprawozdania R.P. Chastin'a, który pozostawał przy tej rurce w celu obserwowania jej, nie zaszła w ciągu całego dnia żadna zmiana, chociaż czas był bardzo niestały, chwilami pogodny, chwilami dżdżysty, to mglisty, to znów wietrzny.
Wykonałem tam doświadczenie raz jeszcze z rurką, którą wniosłem na Puy-de-Dôme i w naczyniu, w którym znajdowała się rurka, pozostawiona dla porównania; stwierdziłem, że w obu rurkach żywe srebro znajdowało się na tym samym poziomie...