8 років тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

Он мог всего лишь наблюдать очевидную связь между чередованием показаний ртутного барометра и течением ветров и погоды; но не мог найти какие-либо определенные правила для предвидения, скорее наоборот, — события столь же часто как согласовались, так и не соответствовали ожидаемым.

Роджер Норт

«Жизнеописание почтенного Френсиса Норта, барона Гилфорда (и т. д.)»

1. Головоломка

В феврале 1645 г., менее чем через год после того, как впервые был описан «Торричеллиев опыт», кардинал Джованни Карло-де Медичи распорядился установить в Риме несколько торри­челлиевых трубок и держать их под наблюдением некоторое время. Было обнаружено, что изменения высоты ртутного столбика не связаны с наблюденными изменениями температуры и влажности, поэтому был сделан вывод, что «высота уровня ртути, не меняется при изменении воздуха вокруг нее, а лишь при изменении воздуха в обширной области» [227].

С этого начались длительные попытки найти научную основу для предсказания погоды и поиски разумного объяснения неправильных колебаний барометра.

Самые ранние наблюдения за ртутными барометрами породили одну из наиболее увлекательных и сбивающих с толку загадок, которые имеются в ящике Природы. Ибо сразу было обнаружено, что ртуть обычно стоит на самом высоком уровне при хорошей погоде и на самом низком в дождливые дни, когда воздух больше всего наполнен «парами и испарениями» и, сле­довательно, наиболее «тяжел».

Понятно, что это было огромной неожиданностью и даже разочарованием: природа вела нечестную игру. В 1654 г. или около этого времени Пьер Гассенди, философ, снова познакомивший Запад с учением Эпикура, писал следующее:

«.. . когда небо ясное и дуют северные ветры, ртуть в трубке всегда будет стоять выше, чем при пасмурном небе и ветре, дующем с юга. Но когда небо чище, вес воздуха должен * быть намного меньше, чем когда оно мутное, и, следовательно, воздух будет меньше давить на стоячую ртуть (т. е. находящуюся в резервуаре барометра), а в результате уровень ртути должен под­ниматься не столь высоко и оставаться в трубке таковым» [135].

Отчаянные обстоятельства требуют отчаянных средств; Гассенди предлагает такое:

«Причина этому заключается, по-видимому, в том, что при хорошей погоде, так же как и при холодной, от земли не исходят те пары, которые возникают при более жаркой и облачной погоде».

Далее он переходит к объяснению того, что некоторые корпускулы, из которых состоят эти пары, давят вверх, а не вниз.

«Корпускулы облаков относятся именно к таким: и действительно, вы не увидели бы их взвешенными, если бы не существовало силы, уносящей их вверх и поддерживающей их, точно так же, как пух возносится вверх и летает в воздухе» [135].

Предположительно, корпускулы, стремящиеся вверх, несут на себе часть веса воздуха. Эта идея была, по-видимому, снова выдвинута в 1696 г. Николаем Хартсёкером [161]. Возможно, что Бойль читал Гассенди, когда делал свой двадцать девятый эксперимент с воздушным насосом с целью посмотреть, ответственна ли «положительная легкость» — аристотелевский термин — за поднятие паров. Он открывал сосуд, наполненный «дымящейся жидкостью» под колоколом своего воздушного насоса, откуда был выкачан воздух, и видел, что дым сбегает вниз по стенкам •сосуда ([47], стр. 217).

Таким образом, следовало найти что-нибудь получше. Различные выдвигавшиеся тогда теории можно классифицировать, но мы будем рассматривать первую половину столетия после изобретения барометра примерно в хронологическом порядке.

2. Первые пятьдесят лет

Как только барометр стал доступным — что произошло задолго до того, как он получил свое имя, — стало ясно, что это неплохая мысль — вести одновременные наблюдения в различных местах, «синоптические наблюдения», как мы их теперь называем. В письме от 13 декабря 1647 г. Декарт пытался наладить такие наблюдения одновременно с Мерсенном ([241], стр. 46), а через десять лет Фердинанд II, великий герцог Тосканский и основатель «Accademia del Cimento» («Академии Опыта»), начал организацию сети из десяти станций ([241], стр. 61). В Англии Джон Бил попытался устраивать станции в 60-х годах XVII в. [257]. Вот что мы знаем об этом энтузиасте:

«Упомянутый доктор настолько доволен открытиями, уже сделанными с помощью этого прибора, что он считает его одним из наиболее чудесных из всех существовавших на свете, говорим ли мы о его удивительности — почти чуде — или о его философском значении, независимо от интересов прибыли. Ибо, говорит он в одном из своих писем, кто мог бы даже ожидать, что мы, люди, сможем найти способ взвесить весь воздух, нависший над нашими головами, во всех его изменениях, и, так сказать, взвесить и различить по весу ветер и облака? И кто поверил бы, что с осязаемой очевидностью мы сможем доказать, что самый безоблачный воздух — самый тяжелый и самый плотный, а когда темнейшие облака нависают ниже всего над нами, готовые рассеяться или опуститься, то воздух оказывается самым легким…» ([251], стр. 155.)

Бил, по-видимому, не рискнул строить догадки о причине этого, но профессор геометрии в Оксфорде Джон Валлис не был столь осторожен, хотя знал не больше [352]; он обнаружил, что ртуть поднимается при «пасмурной туманной погоде», и приписал это «тяжести паров в воздухе» ([352], стр. 170). Ртуть поднималась также и в солнечную погоду — частично, как он думал, потому, что солнце заставляло пары подниматься, а частично из-за того, что тепло увеличивает упругость воздуха. Но

«в дождливую погоду она обычно падает (причина тому, очевидно, в уменьшении веса воздуха, тем большем, чем больше падение)… При ветреной погоде я обычно обнаруживал падение, и это было чаще и легче обнаруживаемо, чем при дожде (что я приписываю тому, что ветры перемещают воздух вбок и, следовательно, не заставляют его давить столь непосредственно вниз — аналогию этому мы видим в плавании и т. п.). И я никогда не видел ртуть стоящей ниже, чем при сильных ветрах» ([352], стр. 170).

Здесь мы имеем четыре следа из тех, что сбивали с толку ученых детективов на протяжении более чем столетия: тяжелые пары; идея о том, что «упругость» воздуха может не зависеть от давления, определяемого его весом; эффект выпадения дождя и предполагаемый эффект ветра. Немногие из позднейших авто-ров были столь эклектичны, как Валлис.

Джованни Альфонсо Борелли, один из наиболее активных членов Академии Опыта, ухитрился в различное время заимствовать две из этих идей в дополнение к своей собственной. Борелли был, пожалуй, первым активным метеорологом, так как он проводил систематические наблюдения за термометром, барометром, ветром и погодой, делая это по приказанию своего патрона— великого герцога Фердинанда II, которого он описывает как «очень проницательного исследователя действий Природы» [45] — оценка, которую потомки подтвердили.

Оригинальная идея, принадлежавшая, видимо, Борелли, заключалась, вероятно, в том, что частицы влаги в облаках как-то опираются одна на другую и выдерживают часть веса располо­женного выше воздуха. О существовании этой идеи свидетельствует письмо, датированное 15 декабря 1657 г., от принца Леопольда, умного и расположенного к науке брата Фердинанда Н„ содержащее возражения против этой идеи. Относящееся сюда суждение, имеющееся в этом письме, может быть переведено следующим образом:

«Я все еще сомневаюсь, могут ли эти мельчайшие частицы влаги, содержащиеся в облаках и понемногу опускающиеся — в виде ли дождя или тумана или в какой-либо другой форме — и падающие вниз, на землю, — могут ли они вызывать тот же эффект, что и твердое тело, нижние, касающиеся земли части которого поддерживают верхние части, как если бы облака были, например, подобны щетке».

Это представление кажется более примитивным, чем содержащееся в переписке между принцем Леопольдом и Борелли, относящейся к марту 1660 г. Я смог найти только ту ее часть, которая написана Борелли, но, как мы увидим, представить себе, как воспринял принц эту идею, совершенно не представляет трудности.

5 марта 1660 г. Борелли сообщал принцу из Пизы, что ртуть в трубке Торричелли стояла в это утро исключительно высоко, значительно выше, чем он когда-либо наблюдал за три года,— на целых «20 делений» выше. Из второго письма выясняется, что обычная высота столбика барометра составляет около 460 таких делений, так что действительно давление было очень высоким. Этот каприз природы (stranaganza), говорит Борелли,

«показывает, что воздух, расположенный выше уровня Пизы, обладает чрезмерным и несравненно большим весом, чем это наблюдалось в других случаях, и причиной этому является смешение его с другими материями — парообразными, жидкими или земляными. Мы увидим, последует ли за таким неожиданным явлением выпадение какого-либо исключительно обильного дождя. Или, если эта материя не является жидкой и не будет развеяна ветром, мы увидим, быть может, нечто сходное с тем, что обычно предшествует кометам *. Я очень хорошо знаю, Ваше высочество, что тысяча случайностей может вмешаться и нарушить тот процесс, относительно которого я строю догадки, так что если упомянутый эффект не случится, это еще не должно опровергнуть предполагаемую мной причину, а именно, что в различные моменты времени воздух может становиться более или менее тяжелым, в соответствии с содержанием в нем поднятых с земли частиц. Это настолько надежно проверено и установлено, что нет необходимости в подтверждении этого исходом сделанного выше предположения, которое я счел возможным сообщить Вам, Ваше высочество, чтобы дать Вам возможность пофилософствовать на эту тему» ([127], л. 10—11).

Принц и великий герцог, очевидно, имели свои собственные соображения по этому вопросу, и Леопольд сообщил их Борелли почти сразу же в письме, которое я не смог найти. К счастью превосходная мысль, высказанная Леопольдом в этом потерянном письме, ясно излагается в следующем письме Борелли, написанном из Пизы 16 марта 1660 г. и начинающемся словами:

«Чтобы исполнить повеление светлейшего Великого герцога и Вашего высочества, я отвечаю на вопрос Вашего высочества. С обычной для Вас остротой и проницательностью Вы указы­ваете, что устойчивый сильный ветер может привести к накоплению большого количества воздуха выше уровня Пизы и ее окрестностей, что вес воздуха может легко возрасти таким путем, в результате чего ртуть в трубке вынуждена будет подняться, но что совершенно не обязательно, чтобы сделанный мною прогноз оказался правильным, т. е. предсказание обильного дождя или чего-либо, что появляется перед кометой» ([127], л. 12).

Борелли, вероятно, был первым прогнозистом из тех, что составляли плохие прогнозы на научной основе. Он напоминает затем, что в предыдущем письме сделал оговорку, ссылаясь на «тысячу случайностей», которые могут нарушить предполагаемый им процесс, и что эти его слова носили «достаточно общий характер для того, чтобы включать и случай, рассмотренный Вашим высочеством». В этом пункте он собирается с духом и продолжает:

«Однако для того, чтобы не показаться говорившим с такой осторожностью и искусностью, чтобы обеспечить себе выход при любых обстоятельствах, я обязан распространиться несколько дальше по этому поводу н пояснить причины, по которым я сомневаюсь в способности ветра вызвать такой эффект» ([127], л. 12 обор.).

«Несколько дальше» простирается на пять страниц, и я не буду их здесь воспроизводить. Его сомнения количественные, что делает ему честь. Он не мог поверить, что воздух может нако­питься в количестве, составляющем одну двадцатую от обычной величины, особенно если учитывать, что наверху воздух является менее плотным. Не мог он также поверить, что такое накапливание может длиться несколько дней, поскольку, как он указывает, волна в воде не может сохраняться на одном и том же месте ни на один момент. Таким образом, он вынужден, вернуться к своим идеям о тяжелых парах и испарениях.

Леопольд и Фердинанд далеко опередили свое время. То, что они смогли сделать столь правильное предположение, может только увеличить наше и без того большое уважение к научной проницательности этих тосканских дворян. Даже если внести большую поправку на придворную лесть, остается ясным, что они вполне могли отстаивать свою позицию в беседах с умнейшими представителями «естественной философии».

Десять лет спустя Борелли напал на другую идею, весьма сходную с одним из объяснений Виллиса. Он решил, что доказал, будто в Пизе перед длительным непрерывным дождем барометр обычно стоит высоко, а во время дождя он падает, иногда даже более чем на дюйм. Для того чтобы объяснить это падение, он провел, а возможно, лишь вообразил, эксперимент, в котором барометр помещается вместе с резервуаром на дно высокого сосуда с маслом. Затем по поверхности масла пускают плавать меньший сосуд, наполовину наполненный песком, и уровень ртути повышается, поскольку поднимается уровень масла. После этого песок высыпается таким образом, что он опускается сквозь масло. До тех пор пока песок не достигнет дна сосуда, уровень барометра не меняется, и лишь после этого он падает. Он перенес этот результат на атмосферу и говорил, что барометр начинает падать после того, как дождь достигнет поверхности земли ([45], стр. 241). Однако он признает, что существуют и другие причины колебаний барометра и что, в частности, нельзя полагать, что дождь ожидается потому, что барометр стоит высоко.

Естественно, что проблема изменений барометра привлекла в эти годы большое внимание Королевского общества. Обсуждение этой проблемы особенно оживилось в январе 1677 (1678) г. и затем годом позднее, в феврале 1678 (1679). На заседании 3 января 1677 (1678) г. Роберт Гук снова высказал предположение, что высокое давление должно означать, что к воздуху добавлены «испарения», и поэтому

«таким путем он объяснял явление большого удельного веса воздуха при долговременно дующем ветре восточных направлений и его легкость при длительном южном ветре; ведь в первом случае воздух проходит над обширным пространством суши, поднимая и впитывая большие количества испарений, которые, в силу их сродства, остаются смешанными с ним и взвешенными в нем, а в другом случае ветер проходит над большой площадью моря, так что воздух должен состоять из меньшего числа составных частей» [40].

Почему земные испарения должны быть более «сродственными», чем морские, понять трудно, но, во всяком случае, Гук заметил очень частое совпадение «восточной» погоды с высоким давлением на юго-востоке Англии. Зимой это нередко выражается в пасмурной погоде, что может подкрепить это объяснение.

На заседании 13 февраля 1678 (1679) г. было указано, что одно лишь расширение или сжатие всего столба воздуха под действием тепла или холода не должно менять давления, и потому было предположено, что более высокое давление может быть вызвано только добавлением воздуха вверху атмосферы или чего-либо такого у земли, что изменило бы удельный вес составных частей воздуха. Эта дискуссия, очевидно, произвела большое впечатление на Томаса Хеншоу, вице-президента Общества, который с энтузиазмом — и с оптимизмом — предположил, что:

«… должно быть вкратце записано существо этой дискуссии; и вся теория должна быть полностью объяснена как можно скорее, поскольку барометр стал общеупотребительным инструмен­том и причины его поведения и суждения о нем стали предметом частых дебатов среди ученых» [40].

20 февраля Гук снова указал на важность добавления или уноса чего-либо: этим «чем-либо» могли быть пары легче или тяжелее воздуха. Наконец 27-го состоялось обсуждение вопроса: «могут ли поднимающиеся пары или падающий сквозь воздух дождь изменять давление расположенного под ними воздуха своим весом» ({40], стр. 466). Это заставляет предполагать, что кто-то прочитал книгу Борелли, которая была и имеется и сейчас в библиотеке Общества.

Следующая работа подчеркивала изменения удельного веса воздуха как первичную причину колебаний высоты ртутного столба. Это была работа Джорджа Гардена, доктора из Эбердина, демонстрирующая, несмотря на шаткость ее основ, его выдающуюся изобретательность и большую способность к наблюдениям [133]. Гарден предполагал, что удельный вес воздуха больше, чем паров, когда барометр выше, и меньше —когда барометр стоит низко. Следовательно, по законам гидростатики, пары должны подниматься меньше при низком стоянии барометра, и Гарден отмечает, что при высоком давлении и ясном небе удаленные холмы обычно невидимы, но при низком давлении они видны ясно. Тот факт, что дождь и снег «обычно выпадают, лишь когда ртуть немного опускается», подтвердил его догадку, что изменения удельного веса воздуха являются определяющим фактором.

Эта идея оказалась настолько жизнеспособной, что спустя полстолетия ее повторил Мушенбрук [249]. Хотя это и не имеет прямого отношения к нашей дискуссии, все же интересно отметить, что Гарден объяснял также и ветры, основываясь на гидростатическом равновесии:

«Вес воздуха не меняется единообразно и одновременно во всей атмосфере, но… ртуть может, например, опуститься в бароскопе и соответственно воздух станет легче в Лондоне, в то время как в Париже или в Эдинбурге этого не наблюдается» ([249], стр.996).

Это появилось всего лишь за год до знаменитой статьи Эдмонда Галлея о пассатах ([155], стр. 153). Гарден добавлял, что он не мог объяснить изменения удельного веса атмосферы, и выдвинул некоторые догадки, включая понятие о более тонкой жидкости «со значительно большим давлением, чем воздух… в которой воздух как бы плавает» [133]. Несомненно, холод и тепло влияют на вес воздуха; он наблюдал повышение ртути при северных ветрах и падение — при южных. Мне представляется, что Гарден уже очень близко, хотя и не вполне, подошел к пониманию крупномасштабной адвекции. За его статьей на страницах «Philosophical Transactions» следовала беспорядочная дискуссионная статья, вероятно, по желанию издателя написанная Джоном Валлисом, забывшим свой прежний энтузиазм. Хотя он и возражал — достаточно логично — против «неуловимой материи», но в конце концов поставил вопрос, не зависят ли наблюдаемые изменения давления от нагревания или охлаждения воздуха и воды, содержащихся в ртути!

Кроме статьи о пассатных ветрах, Галлей в 1686 г. опубликовал другую статью, в основном посвященную выводу формул для барометрической гипсометрии, но содержащую также рассужде­ния о связи между барометром и погодой ([155], стр. 104). В этой статье Галлей принимает теорию о гидростатическом равновесии между воздухом и парами, но с дополнением, объясняющим, почему давление часто бывает низким в тихую погоду перед дождем:

«… поскольку воздух легок, то он уже больше не поддерживает пары, которые становятся по удельному весу тяжелее, чем среда, в которой они плавают, так что они опускаются к земле, а, встречаясь при своем падении с другими водными частицами, они объединяются и образуют небольшие капли дождя» ([155], стр. 111).

Как широко можно раскинуть сеть в попытке выловить ускользающее объяснение, видно из следующего отрывка, относящегося к 1690 г.:

«Вечером 28 ноября г-н де Лагир обнаружил, что ртуть в барометре, стоявшая на 28 дюймах, за очень короткое время опустилась до 26 дюймов 10 линий. Ветер в это время был ис­ключительно сильным. Г-н Вариньон сказал, что это могло случиться из-за ветра, сломавшего параллельные столбы воздуха» [170].

Интересно было бы узнать, что Пьер Вариньон, довольно выдающийся математик, подразумевал под «colomnes collaterales»; возможно, некоторое указание дает тот факт, что Валлис ис­пользовал слово «collaterales» в приведенном выше отрывке ([352], стр. 170). Несмотря на «закон Паскаля» и на опыты Бойля, люди не могли отказаться от представления о конкретном столбе воздуха, давящем на ртуть в резервуаре барометра.

Проблема была действительно настолько неподатлива, что некоторые авторы, как, например, Бернардино Рамадзини из Модены, потеряли уверенность в том, что ртуть действительно поддерживается весом атмосферы. Он считал, что трудно объяснить, как это воздух может быть легче, когда близится дождь или даже когда он идет, и тяжелее, когда погода прояснилась; это все равно как утверждать, что женщина тежелее после рождения своего ребенка, чем тогда, когда она беременна [283].

Рамадзини прибег к помощи теории о том, что в воздухе содержатся «земляные, солевые и селитряные» испарения, которые, становясь тяжелее при приближении дождя — возможно, в результате абсорбирования влаги, — падают на землю, в результате чего атмосфера становится легче. По возвращении хорошей погоды эти частицы высушиваются и снова возвращаются в воздух, особенно при северном ветре.

Селитряные испарения Рамадзини — это, вероятно, «нитро-воздушные соли» Джона Мейо, физиолога из Оксфорда [235]. Мейо утверждал, что воздух полон такими солями, которые не­обходимы для горения и дыхания и фактически выполняют те функции, что, как оказалось, присущи кислороду, выделенному на столетие позднее. У них также много и других функций, из которых мы, за ограниченностью места, упомянем только одну: Мейо считал, что упругость воздуха возникает благодаря нитро-воздушным солям. Ибо когда свеча сгорает в бутылке, которая опущена горлышком в сосуд с водой, извлекающей соли из воздуха, вода в бутылке поднимается.

Герлак показал [151], что возникновение этой теории относится еще по крайней мере к 1604 г.; в другой статье [152] он допускает как весьма вероятный факт, что в основе ее лежит изо­бретение ружейного пороха, факт тем более неоспоримый, что взрыв пороха выглядит и звучит очень сходно с молнией и громом. Химическое объяснение этих «огненных метеоров» держалось долгое время, фактически до середины 18-го столетия. Никакой другой пример не покажет лучше, насколько серьезно воспринималась эта теория, чем следующая выдержка из статьи, представленной Исааком Ньютоном в Королевское общество 9 декабря 1675 г.:

«… так, гравитационное притяжение Земли может быть вызвано непрерывной конденсацией чего-то, подобного эфиру, однако не основной массы флегматичного эфира, но чего-то очень тонкого и неуловимо диффундирующего сквозь него, имеющего, возможно, маслянистую или смолистую, вязкую и упругую природу, в основном так же относящегося к эфиру, как жизненный газообразный дух, требующийся для сохранения пламени и жизненных процессов, относится к воздуху».

Но вернемся к книге Рамадзини. Он цитирует письмо Дж. Б. Боккадабати, «главного инженера» герцога Моденского, который думал, что воздух легче при дожде потому, что тогда тепло пре­вращает воду в пары, которые, будучи перемешиваемы, требуют больше пространства и создают, таким образом, смесь (соnсrеtum) воздуха и пара, более легкую, чем один воздух. Здесь, конечно, и находится один из ключей к загадке, но он представился таким неправдоподобным, что Рамадзини не обратил на него внимания, так же как и на другую теорию, предложенную Франческо Торти, тоже профессором из Модены, предполагавшую, что, когда пары начинают конденсироваться и выпадают, то они по весу уже больше не являются составной частью воздуха. Рамадзини предпочитал свою собственную теорию о селитряных испарениях.

Это привело его к спору, не всегда вежливому и, боюсь, с нашей точки зрения, довольно глупому, с Гюнтером Кристофом Шеллхаммером, главным врачом герцога Готторпского в Шлезвиг-Гольштейне. Он велся через Луку Шрёка, президента «Асаdemia Natural Curiosorum», и был позднее опубликован [310]. Нет необходимости подробно останавливаться здесь на деталях; ограничусь лишь упоминанием двух теорий Шеллхаммера, по-видимому, независимых и несомненно относящихся к числу научных курьезов. Первой была удивительная идея, что ртуть в резервуаре барометра будет всплывать выше в более плотном (т. е. влажном и облачном) воздухе, чем в сухом, так что ртуть в трубке должна будет опускаться. К этой идее привело неправильное понимание того, что происходит при погружении резервуара барометра в воду. В другой своей теории — поистине пародии на гидростатику — он приходит к выводу, что дождь или облако поддерживают вес расположенной над ними части атмосферы или по крайней мере часть этого веса, так что при появлении этих гидрометеоров барометр понижается.

Рамадзини, бывший более хорошим ученым и значительно лучшим писателем, чем Шеллхаммер, быстро расправился с этими доводами, но отпор, полученный им от Шеллхаммера, еще более бессвязный, чем само изложение его идей, показывает, что последний по-прежнему считал себя правым.

Значительно позднее, много спустя после того, как он переселился в Падую, Рамадзини отказался от теории «нитросолей» в пользу идеи, предложенной Лейбницем, которая будет рассмотрена ниже. Это оживило дискуссию с Шелхаммером, и великий Лейбниц вынужден был показать герцогскому врачу ошибку в его рассуждениях [285], (310], [211].

Остающаяся часть этой главы станет яснее, если классифицировать объяснения колебаний барометра. Я разберу их в следующем порядке: предполагаемая невесомость падающих капель, влияние ветра, объяснения, связанные с адвекцией, и, наконец, различные иные теории.

3. Невесомость дождевых капель

В 1670 г. Борелли доказал логическим путем, что жидкость в свободном падении невесома [45], и, кроме того, привел описание опыта, который выглядел бы поверхностным, если бы он был предназначен для иллюстрации этой теории, но это не так, ибо песок, падающий в масле, очевидно, не находится в состоянии свободного падения. Мы отмечали также, что вопрос о невесомости падающих капель рассматривался Королевским обществом в 1678 (1679) г. и что этим эффектом снова занимался Торти около 1695 г.

Представляется вероятным, что около 1700 г. Рамадзини, воодушевленный, возможно, своим коллегой Торти, написал об этой проблеме Лейбницу. Во всяком случае последний в письме к Рамадзини из Ганновера описал эксперимент, решавший вопрос Эксперимент заключается в следующем: пусть высокий сосуд с водой будет укреплен на коромысле весов, причем на поверхности воды пусть плавает какое-либо полое тяжелое тело. Приведем весы в равновесие. Если теперь открыть отверстие в полом теле, то оно заполнится водой и опустится на дно. В процессе его опускания, говорит Лейбниц, равновесие будет нарушено, поскольку при этом вода не поддерживает тело, так что весы его не будут чувствовать. Теперь сравним сосуд с водой с атмосферой, опускающееся тело — с дождевыми каплями, а ртуть в барометре — с грузом на противоположном конце коромысла. В хорошую погоду «капли воды настолько мелки и распылены в воздухе, что они могут опускаться не больше, чем частицы жира в молоке до сепарации» ([285], стр. 95). Ртуть может начать опускаться несколько ранее того времени, когда дождь достигнет земли, так как капли начинают образовываться еще до того, как они достигают нас.

После переезда в Падую, продолжает Рамадзини, у него было много других дел, и он не думал об этой задаче до последнего времени. По-видимому, он полностью отказался от теории селитряных солей. В рождественские праздники он и Джованни Грациано произвели опыт, предложенный Лейбницем, с очень хорошими весами, изменив его только в том, что тяжелое тело в воде было прикреплено очень тонкой ниткой к коромыслу весов, а затем эта нитка разрезалась. Эксперимент, повторенный много раз, всегда проходил успешно. Он ясно понимает, что это не объясняет, почему барометр падает иногда и без дождя, но, тем не менее он уверен, что Шеллхаммер будет так же обрадован, как и он, тем, что решение их общей задачи начинает проясняться.

Но Шеллхаммер был далек от радости и отказался поверить, что тяжелое тело, взвешенное в воде, находится в том же состоянии, что и капли дождя; и он был обеспокоен — и с достаточ­ными основаниями — тем, что барометр предупреждает о дожде весьма задолго, за один или даже несколько дней. Он замечает также, что способ, которым Рамадзини осуществлял эксперимент, отличается от предложенного Лейбницем.

В своем заключительном выступлении в дискуссии Лейбниц постарался показать Шеллхаммеру, что (1) оба способа проведения эксперимента эквивалентны, что (2) тяжелые тела давят на воду так же, как и плавающие в воздухе пары — на воздух, что (3) нужно некоторое время для того, чтобы капли опустились вниз и что они могут быть задержаны или рассеяны наверху ветром или чем-либо иным и что (4) это рассеяние может даже полностью предотвратить дождь. Он допускал, что показания барометра могут меняться по другим причинам, как, например, из-за сильных бурь, но считал свое объяснение главным.

Это приостановило на некоторое время дискуссию, тем более что через год-два оба противника скончались, но эксперимент Лейбница продолжал вызывать больше жара, чем света.

Нет никаких сомнений в том, что эксперименту, в варианте ли Рамадзини или в форме, предложенной Лейбницем, был обеспечен успех, хотя в действительности они теоретически не­эквивалентны и на самом деле опыт Рамадзини не имеет даже отдаленного сходства с тем, что происходит в атмосфере. Ошибочность приложения обоих экспериментов к атмосфере лучше всего видна, если учесть, что капли воды любого размера — от самых крошечных облачных капель до самых больших капель дождя — всегда падают в воздухе с предельной для них скоростью. Таковой является скорость, при которой сопротивление воздуха падению капли становится равным весу капли минус вес объема воздуха, который она замещает. По третьему закону Ньютона, это сопротивление будет проявляться как направленная вниз сила у основания атмосферы. Но коагуляция более мелких капель в более крупные нисколько не изменит эту силу, т. е. барометрическое давление, даже несмотря на то, что более крупные капли будут падать быстрее, чем маленькие облачные частицы. Как мы видели в главе III, явление кажущейся взвешенности облаков не было понято до самого 19-го столетия.

Таким образом, предположение Лейбница не имело никакого обоснования. К сожалению, Фонтенель возвестил о нем в своей ежегодной «Истории» Парижской академии за 1711 г. так, как если бы это был глас божий [128]. Во-первых, по-видимому, никто не посмел не согласиться с его теоретическим обоснованием, хотя количественная сторона эффекта была немедленно поставлена под вопрос неким Джакопо Плачентини [273] из университета самого Рамадзини. Плачентини отметил, что измерения осадков (во Франции) указывают, что за весь год выпадает лишь от 17 до 20 дюймов дождя, в то время как ртуть может внезапно понизиться на дюйм, а дюйм ртути весит столько же, сколько 13 1/2 дюймов воды. Д’Орту де Меран, хотя в принципе и был согласен с Лейбницем, также считал, что эффект должен быть малым [229].

Первым, кто полностью отверг это рассуждение, был, по-видимому, Дезагюлье, написавший по этому поводу в 1717 г. статью [100], где аккуратно доказывалось, что, как только падающее тело достигнет своей предельной скорости, равновесие восстановится. Это должно было решить вопрос, и так бы оно и было, если бы не колоссальный авторитет Лейбница; мы встречаемся еще в 1749 г. с возражениями Холльмана против этой идеи, поскольку, как он говорит, эксперимент был неестественным, а также потому, что между падением давления и дождем часто проходит длительное время [173]. Ив 1772 г. Делюк снова счел необходимым раз и навсегда опровергнуть эту гипотезу в очень обширной статье, в которой на деле эффективными оказались лишь один или два параграфа, и то ни один не является вполне ясным ([88], § 166—192). Неудивительно, что Николаус фон Бегелин, метеоролог Берлинской академии, отказался опровергнуть теорию Лейбница [31], к которому Академия, кроме всего прочего, питала законное уважение; сомнительно, чтобы он понял доказательства Делюка.

4. Воздействие ветра на барометр

Как мы видели, в 1690 г. Парижская академия обсуждала возможность воздействия сильных ветров на барометр. После этого появился ряд других гипотез, весьма различающихся между собой, и было бы уместным классифицировать их. На первом месте была идея Вариньона, по которой сильный ветер каким-то образом препятствует полному давлению воздуха на ртуть в резервуаре барометра. Далее следовало представление, что быстрое горизонтальное движение уменьшает вес движущегося тела. Также широко было распространено мнение, что ветры противоположных направлений, сходящиеся к какому-либо месту или расходящиеся от него, могут сталкиваться и делать воздух более плотным или, наоборот, оставлять небольшой вакуум между ними. Наконец, ветры могут иметь вертикальную восходящую или нисходящую составляющие.

Здесь, может быть, следовало бы дать специальное примечание для читателей, хорошо знакомых с соотношением между ветром и барометрическим давлением, известным всем, кто поль­зуется картами погоды. Это соотношение известно с середины XIX в., и мы не будем на нем останавливаться. В этом разделе мы имеем дело только с предполагаемым физическим влиянием движения воздуха на показания барометра.

В начале рассматриваемого нами периода Лейбниц писал из Ганновера 26 февраля 1700 г. по-французски, очевидно, кому-то из Парижской академии, подчеркивая влияние ветра на колебания давления: «Воздух… поддерживается сильными ветрами, и особенно — ветром, направленным от земли при ее движении и стремящимся, в определенном смысле, вверх» ([212], II, ч. 2, стр. 80). Необходимо избегать путаницы между восходящими потоками, т. е. конвекцией, еще не известной в то время, и направленной вверх компонентой сильных ветров, постулированной Лейбницем.

Люди находились под впечатлением того факта, что в Западной Европе давление воздуха обычно выше при северных и восточных ветрах, чем при ветрах с юга или с запада. Неглупая и хорошо аргументированная попытка объяснения этого была сделана примерно в это время Иоганном Крюгером из Иены в его диссертации [64], гораздо более ценной, чем большинство диссертаций, исходивших из немецких университетов в этот период. Идея ее проста. Исходя из факта, что существует преобладающий западный поток, который он считает установленным, он говорит:

«Теперь же, если ветер дует к нашей стране с севера или с востока или из области, промежуточной между ними, он всегда будет сталкиваться с постоянным ветром противоположного направления, а следовательно, воздух вокруг нас по необходимости будет накапливаться, конденсироваться и становиться тяжелее, так что вес его, действующий на ртуть, будет заставлять ее подниматься. Наоборот, если в нашей стране господствует южный или западный ветер или ветер промежуточных между этими направлений, постоянный ветер будет добавляться к нему, так что он будет уносить массу накопленного воздуха, а ее место будет занимать более разреженный и легкий воздух, снимая с ртути большой вес и заставляя ее намного опускаться» ([64], стр.46).

Приблизительно в это же время энергичный экспериментатор Френсис Хауксби был введен в заблуждение колебаниями барометра при порывистом ветре, теперь обычно называемыми «pumping»; такие колебания вызываются динамическим воздействием ветра на давление, если комната, где помещен барометр, неплотно закрыта. Это искусственное явление не имеет никакой связи с чем-либо, происходящим в свободной атмосфере, однако то, что в дни быстрого падения барометра ветер часто бывает очень сильным, было замечено справедливо.

Хауксби, следуя своему влечению, построил сложный аппарат, в котором воздушный поток с большой скоростью мог проходить над резервуаром барометра в закрытом ящике. Для большей уверенности этот ящик был соединен трехфутовой трубкой с другим аналогичным ящиком, в котором был помещен резервуар другого барометра. Случилось так, что механическая схема и относительные размеры входной и выходной трубок были таковы, что вызывали падение давления [162]. Так же легко он мог бы получить и противоположный эффект, на что позднее указывал Христиан Вольф [367]. Здесь уместно отметить, что Вольф, первоклассный ученый, чьими заслугами перед метеорологией несколько пренебрегли, высказывал в 1709 г. предположение, что ветры дуют от места, где давление выше, к тому месту, где оно ниже [368].

В уже упомянутой статье [211], опубликованной в 1715 г., Лейбниц говорит, что «очень сильный ветер может также поддерживать вес воздуха», и поясняет далее, что ветры могут вызывать и другие эффекты, особенно ветры противоположных направлений, упомянутые в начале этого раздела.

Однако человеком, совершившим самую решительную попытку объяснить движение ртути влиянием ветра, был Меран, который в своей премированной диссертации в 1715 г. [229] идет весьма далеко, чтобы показать, что любое движущееся тело, включая воздух, меньше давит на расположенную под ним поверхность, чем то же тело в покое. Из диссертации Мерана совершенно ясно, что он, по существу, использовал древнюю народную примету, возникшую из таких элементарных открытий, как возможность быстро бежать по тонкому льду. Действительно, он даже цитирует Гомера, который, говоря о скорости колесницы, указывает, что ее колеса оставляли лишь слабый след на тонкой пыли. Тем не менее было бы очень интересно узнать, не было ли у него смутных ассоциаций с центробежной силой, сравнительно незадолго до того открытой Христианом Гюйгенсом [183].

Делюк допускал, что Меран действительно думал о центробежной силе, но вычислил, что жестокий порыв ветра, имеющий скорость приблизительно 60 миль в час, изменил бы высоту ба­рометра лишь на 1/244 линии ([88], § 195). Заметим, между прочим, что уже Гюйгенс рассчитал скорость, с которой должен двигаться снаряд, для того чтобы выйти на орбиту. Во всяком случае Делюк полностью разрушил теорию Мерана, и совершенно удивительно, что в 19-м столетии в Британской энциклопедии появилась длинная статья Джона Лесли, где он пространно развивал свою собственную теорию, согласно которой ветры стремятся дуть прочь от земли по касательной [218]. Каким-то образом он ухитрился убедить самого себя в том, что чем дальше течет ветер в одном и том же направлении, тем сильнее уменьшается давление под ним, и он приводил расчеты, имевшие целью оценить этот эффект количественно. Репутация Лесли как ученого была очень высока, но — увы!—это был не последний случай, когда доверие неискушенных покупателей энциклопедий было обмануто знаменитостью, носившейся с какой-либо своей причудой.

5. Адвекция воздуха

Одним из предрассудков, которые следовало преодолеть для того, чтобы метеорология могла по-настоящему прогрессировать, было убеждение в том, что атмосфера имеет определенную верхнюю границу, располагающуюся на более или менее одинаковом расстоянии от уровня моря над всем земным шаром. Чтобы увидеть, насколько далеко мы ушли от этой простой модели, доста­точно лишь подумать о картах барической топографии для высоких уровней, используемых сейчас прогнозистами в их ежедневной работе.

Наиболее четкое и раннее утверждение, что «высота атмосферы» может изменяться, принадлежит, по-видимому, Филиппу Лагиру, руководившему метеорологическими наблюдениями в Парижской обсерватории в самом начале 18-го столетия. В 1705 г. [201] Лагир высказал предположение, что большие изменения в показаниях барометра должны соответствовать изменениям полной высоты атмосферы, поскольку ему «представляется неразумным предполагать, как это делают некоторые философы, что у поверхности земли имеются различные жидкости различного веса, которые иногда текут в одном направлении, а иногда в другом, ибо, как показывают нам наблюдения, они должны были бы обычно быть легче, если воздух содержит больше паров» ([201], стр. 3). Это, конечно, было плохое основание для хорошего вывода. Далее он высказывает предположение, что атмосфера представляет собой вытянутый сфероид, ось которого совпадает с осью Земли. Тогда, поскольку обычно дождь идет при южном ветре, причина падения барометра в дождливую погоду заключается в том, что южные ветры приносят на высоте порцию менее высокой атмосферы. Но, с другой стороны, если ветер имеет южное направление только у поверхности земли, а наверху ветер дует с севера, дождь может идти, даже если барометр поднимается.

Лишь несколько позднее начали понимать, что температура существенно влияет на плотность атмосферы. Внимание к этому, вероятно, привлекли исследования Гийома Амонтонса по термо­метрии [14]. Во всяком случае Плачентини [273] считал это главной причиной колебаний барометра, полагая, что, поскольку высота столба воздуха остается постоянной, ибо это жидкость, то давление должно быть функцией температуры. Заметим, что это является прямой противоположностью доводам Лагира, но из мнения Плачентини все же вытекает необходимость наличия адвекции на верхних уровнях для поддержания одинаковой высоты атмосферы.

Меран [229] использует аналогичное доказательство для объяснения высоких показаний барометра в холодную погоду и, как он говорит, в холодных странах. Холод вынуждает массу воздуха над охлажденной частью поверхности земли сжиматься, но, поскольку уровень жидкости должен сохраняться, в верхней части атмосферы должен наблюдаться приток воздуха из соседних областей; следовательно, наверху будет больше вещества, что приведет к росту давления. Сходные идеи высказывались в уже упоминавшейся книге Христиана Вольфа [367], но не в виде застывшего догмата, как это и приличествует великому философу. «Это большая ошибка, — пишет он, — при объяснении Природы приписывать единственную причину вещам, которые могут иметь много их». Он высказывает предположение, что перехваченная облаками солнечная радиация может нагреть как их, так и воздух над ними, который, в свою очередь, может затем растекаться «в сторону».

Делюк ([88], § 711—714) ввел понятие об адвекции для того, чтобы объяснить, каким образом добавление водяного пара к воздуху может привести к понижению барометра. Пар стремится подняться, поскольку он легче, но так как равновесие никогда не достигается, то в столбе воздуха всегда содержится некоторое количество этого более легкого вещества. Считается, что добавка водяного пара должна увеличить массу столба воздуха и вызвать повышение барометра. Но, говорит Делюк, этот воздушный столб у своей вершины будет растекаться и смешиваться с окружающим воздухом, в котором испарение было меньше, и поскольку удельный вес столба меньше, то он с меньшей силой будет давить на ртуть.

Все это было вполне хорошо как качественное объяснение, но это не могло быть единственной или даже главной причиной вариаций барометра. На это в 1783 г. указывал Орас Бенедикт Соссюр, о котором желательно сказать несколько слов. Он родился в 1740 г. в Женеве, где в возрасте 22 лет стал профессором философии. Сначала занимался ботаникой, но вскоре обратился к геологии и метеорологии Альп, которые затем полностью его захватили. Он был первым большим ученым, изучавшим горы, и наблюдения, которые он считал нужным проводить, заставили его изобрести многочисленные приборы и усовершенствовать другие. Наиболее примечательным примером такого рода является волосной гигрометр, конструкцию и калибровку которого он описал в своих «Essais sur l hygrometrie» [308] —небольшом мастерском очерке по экспериментальной физике, где содержатся также многие его идеи о дожде. Однако самой большой его книгой была сводка его научных исследований (хотя и не всех) в горах [307 а]. Нет сомнений, что именно такая напряженная деятельность привела его после восьми лет пошатнувшегося здоровья к кончине в возрасте 59 лет. Он был образцом самоотверженного научного работника.

В своих «Essais sur l hygrometrie» Соссюр говорит, что данное Делюком объяснение причин вариаций барометра казалось настолько правдоподобным, что он вначале надеялся, что оно может быть подтверждено с помощью experimentum crucis (решающего опыта). Это заставило его сделать исследования с большим стеклянным шаром, в результате которых он нашел, что удаление всего или почти всего водяного пара из насыщенного воздуха при 16° R понижает давление лишь на 1/54. Таким образом, если бы даже мы могли предположить, что вся атмосфера переходит от полного насыщения к абсолютной сухости (чего, конечно, не бывает), то изменение составило бы лишь 1/2 дюйма (парижского).

Рассматривая различные явления, в особенности сравнительно малую изменчивость барометра вблизи экватора, он показывает, что изменения температуры в ограниченной области должны являться существенной причиной вариаций давления, причем эти изменения отчасти вызваны перемещением воздуха с одного места на другое. На возражение, что если холод заставляет барометр подниматься, то он должен также приводить к конденсации паров и к образованию дождя, Соссюр отвечает, что в Европе холодные северные ветры являются также и наиболее сухими. Они вытесняют воздух, находившийся в этой области до их прихода, и мы наблюдаем высокие показания барометра при хорошей погоде ([308], стр. 304).

Соссюр, очевидно, был в меньшей степени создателем новых систем, чем большинство его современников, а его скромность была исключительна. В ходе выводов, которые мы рассматри­ваем, он говорит:

«Не претендуя на полное решение столь трудной задачи, которую тщетно пытались решить великие физики, я удовлетворюсь лишь тем, что изложу некоторые общие взгляды» ([308], стр. 289).

Что касается необходимости совместного рассмотрения изменений как температуры, так и влажности, то Джон Дальтон имел на этот счет те же соображения, что и Соссюр. Он приводит при­мер, который является мучительно ясным для североамериканских метеорологов:

«Климат восточного побережья Северной Америки устроен так, что в зимний сезон понижение средней температуры в направлении к северу происходит значительно быстрее, чем на западном побережье этого материка (Европы); вследствие чего любое место здесь подвержено большим и внезапным флуктуациям температуры зимой, а это создает пропорциональные флуктуации барометра — в зависимости от того, какой преобладает воздух,: теплый и насыщенный парами или холодный и сухой» ([67], стр. 104).

Даже если бы вы не знали, что водяной пар легче воздуха, вы могли бы объяснить падение барометра, когда с юга приходит влажный воздух. Дю Карла сделал это в 1780 г. на основе теории, по которой слой влажного воздуха, относительно тонкий, отдает свое тепло воздуху, расположенному выше; тот расширяется и, вероятно, растекается в сторону у вершины воздушного столба. Однако он не разъяснил это.

В 1788 г. Ричард Кирван опубликовал «Очерк о колебаниях барометра» [189], в котором сделал большой шаг вперед, стремясь показать с помощью расчетов неадекватность многих су­ществовавших теорий. Он доказал, например, что изменения температуры воздуха в пределах первых 5000 футов, если считать их не зависящими от высоты, далеко не достаточны, чтобы объяснить изменение давления при пересечении того, что мы теперь назовем холодным фронтом, и он показал численно, что изменение это могло бы возникнуть в результате лишь конденсации водяного пара. Тогда, «показав таким способом недостаточность тех причин, которым приписывалась изменчивость веса атмосферы и высоты барометра, я перейду теперь к объяснению того, что мне пред­ставляется единственно годным для объяснения возникающих эффектов; а именно — к накоплению воздуха над теми частями земного шара, где столбик ртути превышает среднюю его высоту, т. е. высоту, свойственную его положению, и к уменьшению или вычитанию соответствующих количеств воздуха над теми районами, где ртуть падает до уровня ниже ее средней высоты» ([189], стр. 60).

Поэтому поскольку среднее давление не очень сильно отличается в различных частях земного шара и в тропиках у земли воздух намного теплее, то атмосфера над экватором должна быть выше, чем над полюсами. Это была очень здравая догадка, как мы это знаем теперь, особенно если мы вместо «атмосферы» подставим «тропопаузу». Так же, говорит Кирван, сравнительно большая часть массы атмосферы располагается выше некоторого заданного среднего уровня вблизи экватора.

После такого многообещающего начала Кирван обратился к модным тогда областям химической и электрической метеорологии. Он, например, думал, что верхняя атмосфера в основном состоит из «горючего воздуха» (водорода), что он в изобилии образуется между тропиками, растекается к северу и к югу и сгорает в северных и южных полярных сияниях и что «его сгорание является первопричиной самых сильных возмущений в атмосфере» ([189], стр. 62).

Наиболее важным было постепенно возникшее представление о том, что колебания барометра невозможно понять вне связи с общей циркуляцией атмосферы. Это было полностью признано, например, Джоном Фредериком Даниелем, хотя его доводы, сопровождавшиеся численным примером, трудно проследить [77]. Он полностью отдавал себе отчет в важности распределения суши и воды на земном шаре.

6. Различные объяснения

Трудность загадки барометра можно оценить по тем буйным взлетам фантазии, которые она порождала даже у первоклассных ученых. Одним из них был Даниель Бернулли, разработавший кинетическую теорию газов, вкратце упоминавшуюся во второй главе. Знаменитый десятый раздел его «Гидродинамики» [35] озаглавлен: «О составе и движении упругих жидкостей, особенно воздуха». Первые параграфы этого раздела, где излагается кинетическая теория газов (увы, столь преждевременно!), часто цитируются. Но в этом разделе содержится также многое другое, и для нас важно доказательство того, что уровень ртути в барометре на данной высоте в значительно большей степени зависит от изменений плотности воздуха, расположенного ниже этого уровня, чем находящегося выше его. Давление на поверхности Земли сильно меняется, следовательно, воздух должен существовать и под ее поверхностью, и именно здесь Бернулли ныряет на самое глубокое дно:

«…вероятно, колебания давления в большей части связаны с быстрыми изменениями температуры в подземных пещерах. Уже давно стало известно, что существует много огромных пещер такого рода, и поры в твердой земле также могут действовать, как пещеры. Если вы соберете все пустоты (как в форме пещер, так и пор, содержащих воздух), имеющиеся до 20 или 30 футов под поверхностью земли, и сравните их емкость с объемом земной коры, в пределах той же глубины, и определите последний как в 1000 или в 100000 раз превышающий первый, то все же эта причина несомненно останется достаточной для объяснения самых больших колебаний барометра…

Некоторые места вблизи пещер будут подвержены большим изменениям ветра и давления — из-за сопротивления воздуха движению. Возможно, что это и является причиной того, что, чем ближе к экватору, где океан занимает почти всю поверхность, тем слабее оказываются наблюденные колебания барометра по сравнению с колебаниями в наших, северных районах» ([35], стр. 211).

Быстрые подземные изменения могут, конечно, проявляться в виде землетрясений. Далее, в этом же разделе, Бернулли использует эту идею для создания примечательного, но абсурдного правила для барометрической гипсометрии, рассматривать которое здесь у нас нет необходимости.

К счастью, идея Бернулли не нашла приверженцев. Более распространенной ересью оказалось утверждение, что «упругость» воздуха не зависит от его «веса», так что показания барометра могут изменяться без какого бы то ни было изменения массы столба воздуха над ним. Поскольку почитатели этой доктрины происходили, по-видимому, — за исключением одного полностью денатурализовавшегося англичанина — с материка, то соблазнительно предположить, что она могла возникнуть из трудности понимания Роберта Бойля, у которого различие терминов «spring» (упругость) и «weight» (вес) для воздуха могло затемнить их тесную связь для любого, чей родной язык не был английским. Как бы то ни было, в 1701 г. мы встречаемся с Фридрихом Гофманном из Галле, утверждающим [171], что высота уровня ртути зависит «не столько от веса и массы воздуха, сколько — и главным образом — от движения и расширительного давления воздушных частиц» ([171], стр. 57). Они больше при сухом воздухе и северных ветрах, чем при облачной и дождливой погоде и южном ветре.

Каждому известно, что многие вещи тверже и более упруги в сухом состоянии, чем во влажном, так почему же это не может относиться и к атмосфере? Эта ложная аналогия, вероятно, лежащая в основе рассматриваемой нами доктрины, была сжато выражена Николаусом Бегелином:

«Опыт учит нас, что упругие тела становятся более гибкими при сухой погоде, а влажность ослабляет их эластичность. Из этого наблюдения мы имеем основания сделать вывод, что сухость воздуха должна увеличивать давление атмосферы и делать ее способной поддерживать более высокий столбик ртути» [31].

И наоборот для влажного воздуха. Но поскольку последний нагружен водными частицами, которые в 800 раз плотнее самого воздуха, то вес его будет больше, а вес сухого воздуха — меньше. Следовательно, делает вывод Бегелин со свойственным академическим метеорологам скептицизмом, не существует способов узнать заранее — будет ли давление расти или падать из-за изменений влажности.

Эта доктрина была принята без всяких сомнений Теодором Августом Манном, англичанином, который в то время был министром народного образования в Брюсселе [231]. Он, по-видимому, считал эту доктрину оригинальной. Бегло упомянув о Джозефе Старке [327], для которого она была лишь одной из нескольких возможных, мы укажем лишь на Жана Батиста ван Монса, брюссельского профессора химии и физики, пришедшего к выводу, что вес и давление атмосферы изменяются совершенно независимо. В доказательство этого он провел одновременные наблюдения с помощью барометра и «манометра» [344]. Его манометр представлял собой просто «статический бароскоп» Бойля — легкий пустой шар, висящий на одном плече весов ([241], стр. 373). Это очень малочувствительный прибор, с весьма малым отношением сигнала к шуму, как сказали бы инженеры-электрики, и совершенно неудивительно, что ван Монс нашел то, что искал. Он решил, что этот прибор — ценное дополнение к арсеналу метеорологии, и был удивлен, что Соссюр и другие «смешивали его показания с показаниями барометра» ([344], стр.323).

В другой статье, опубликованной в том же году, ван Монс, бывший активным членом Бельгийской академии, еще более упорно настаивал на отсутствии зависимости между весом воздуха и его упругостью [343]. Он проявил себя при этом как один из отчаянных фантазеров-теоретиков, изобиловавших в то время, как мы увидим в главе VI. Он пишет о взаимном преобразовании

«света, электрической жидкости, субсвета и субэлектричества, если оно действительно существует, и тепла. Мы не можем ни шагу ступить ни в физике, ни в химии, не поняв ту легкость, с которой эти факторы превращаются один в другой, — превращение, от которого зависит очень большое число явлений» ([343], стр. 107).

Если оно действительно существует.

Следует рассмотреть еще одну теорию, настаивающую на том, что для того, чтобы барометр падал или повышался, часть атмосферы должна быть абсорбирована или высвобождена. Эту идею поддерживал П. Н. Шанжё из Парижа, который построил первый прекрасный барограф и другие приборы. Шанжё думал, что абсорбция и замещение или регенерация воздуха должны осуществляться в основном водой или облаком [55]. При испарении воды высвобождается много воздуха. Это бывает при хорошей погоде, и высвобождение воздуха отражается в повышении барометра. Когда начинается конденсация, вода поглощает свой воздух обратно и барометр падает. Эта теория в основных чертах сходна с теорией Лоренцо Пиньотти, профессора физики из Пизы, который, будучи воодушевлен наблюдениями Пристли за горением и дыханием и данными Кавендиша об удельном весе различных газов, считал, что «пламенные» (phlogistic) пары, выходящие из земли перед дождем, уменьшают вес нижней части атмосферы [272]. Но он не исключал другие вторичные причины колебаний давления.

В заключение сошлемся на предрассудки бессмертного Гёте, чьи творения в области метеорологии представляют превосходное— хотя и ненужное — доказательство различия между поэзией и наукой или, возможно, превосходства поэзии. Гёте обладал своеобразной чувствительностью к явлениям погоды, сочетавшейся с нечувствительностью к научному климату его времени. Барометр, по-видимому, зачаровал его, и он пришел к выводу, что изменения давления воздуха, зависящие от полностью внеатмосферных причин, фактически являются причиной всех остальных метеорологических явлений. Василевский [355] сообщает о его карандашной заметке: «Высота барометра обусловливает все другие атмосферные действия и не обусловливается ни одним из них». Гёте пренебрегал энергией, получаемой от Солнца, и поскольку изменения температуры не казались тесно связанными с барометрическим давлением, он уделил им мало внимания. Из его собственных слов ясно, что у него не было четкого представления о природе атмосферного давления:

«… мы ищем причину барометрических колебаний не вне земного шара, а в нем; эта причина не космическая, не атмосферная, но скорее теллурическая. Пока для нас не загорится новый свет, мы будем упорно настаивать на этой гипотезе и говорить: Земля изменяет силу своего притяжения и притягивает атмосферу [Dunstkreis] больше или меньше. Атмосфера не имеет веса, как не оказывает и давления, но когда она притягивается сильнее, то кажется, что она давит и весит больше…»

Однако для всех нас, вероятно, это удача, что он не был более глубоким ученым, ибо, как заметил X. Фиккер, «при деятельной, неугомонной натуре этого человека более интенсивное занятие метеорологией сократило бы время, которое у него было для других видов работы, более родственных его таланту» ([126], [316]).