Принудить природу дать свои показания

Роберт Бойль (Robert Boyle) родился 25 января 1627 г. в Лисмор Касле, одном из ирландских поместий отца, богатого аристократа Ричарда Бойля герцога Коркского. Ричард Бойль приобрёл своё благосостояние весьма сомнительными средствами. В молодости он даже был заключён в тюрьму в Англии по обвинению в растрате. Но это не помешало ему в дальнейшем занимать очень высокие государственные должности в Ирландии.

       Мать Роберта, Кэтрин Фэнтон, была уже второй женой Ричарда Бойля. Его первая жена умерла вскоре после рождения первого ребёнка. Роберт был седьмым сыном в семье Ричарда Бойля. Он был тринадцатым ребенком из четырнадцати детей Ричарда Бойля. Когда родился Роберт, его отцу было уже 60 лет, а матери 40.

С детских лет Роберта мучили камни в почках, что во многом определило его образ жизни. В детстве он получил хорошее образование, изучал естествознание, медицину, древние языки, историю религии.

      Родители Роберта Бойля полагали, что воспитание и образование дети должны получать вне семьи. По существовавшей тогда в аристократических семьях традиции, когда Роберту исполнилось 8 лет, его отдали в Итонский колледж, одно из престижных закрытых учебных заведений Англии. Но отец через три года забрал его оттуда, чтобы направить его и брата для продолжения учё  бы в Европу, в Швейцарию. В Женеве Роберт в течение двух лет изучал математику, философию и юриспруденцию. Потом он предпринял длительное путешествие по Европе, в частности, по Италии, где он с увлечением знакомился с произведениями искусства.  

          В начале 1642 г. Бойль посетил Флоренцию, город, в котором жил и творил великий Галилео Галилей. К сожалению, как раз во время пребывания Бойля во Флоренции, Галилео Галилей умер. По признанию самого Бойля, под влиянием этой смерти он ещё усерднее стал заниматься наукой. Большую роль в возникновении симпатии к Галилео и его взглядам сыграли протестантское воспитание Бойля, ненависть к иезуитам и его несогласие с канонами Римской католической церкви. Бойль пронёс свою любовь к философии Галилео через всю жизнь, сохраняя в своем научном творчестве веру в возможность изучения мира через законы математики и механики.

           В Англию он вернулся только в 1644 году, уже после смерти отца, оставившего ему большое наследство. Поселился в своём поместье Столбридж в графстве Дорсетшир, занимаясь сначала преимущественно философией и религией. Там он прожил восемь лет и, по-видимому, там Роберт и начал заниматься экспериментированием, хотя ни одной работы за эти годы он не опубликовал.

           В верхнем этаже замка в Столбридже размещались спальня, кабинет, просторная зала и богатая библиотека. Каждую неделю извозчик доставлял из Лондона ящики с новыми книгами. Бойль читал их с невероятной быстротой. Порой он просиживал за книгой с утра до позднего вечера. Многочисленные постройки имения были переоборудованы под лаборатории. К концу 1645 года в лаборатории начались исследования по физике, химии и агрохимии. Роберт Бойль любил работать одновременно по нескольким проблемам. Обычно он подробно разъяснял помощникам, что предстоит им сделать за день, а затем удалялся в кабинет, где его ждал секретарь. Там он диктовал свои философские трактаты.

   Ученый-энциклопедист, Бойль, занимаясь проблемами биологии, медицины, физики и химии, проявлял не меньший интерес к философии, теологии и языкознанию. Бойль придавал первостепенное значение лабораторным исследованиям. Наиболее интересны и разнообразны его опыты по химии. Бойль считал, что химия, отпочковавшись от алхимии и медицины, вполне может стать самостоятельной наукой. 

        Однако научную работу в Столбридже пришлось приостановить. Из Ирландии пришла недобрая весть: восставшие крестьяне разорили его замок в Корке, доходы имения резко сократились. В начале 1652 года Роберт Бойль вынужден был выехать в родовое поместье. Много времени ушло на улаживание финансовых проблем, был назначен более опытный управляющий, порой Бойль сам контролировал его работу.

          В 1654 году он переехал в Оксфорд, где стал предаваться занятиям физикой и химией, получил степень почётного доктора физики Оксфордского университета (1665).

Бойль своими работами расчистил путь новым идеям в естествознании. Следуя примеру гигантов эпохи Возрождения, Бойль, как и его великий соотечественник Френсис Бэкон, решил усовершенствовать способы определения истинности явлений. Современниками Бойля были Т. Гоббс, Рене Декарт, Дж. Локк, Б. Спиноза, которые своими работами пытались доказать несостоятельность схоластического мировоззрения. Бойль был твёрдо уверен, что справедливы лишь такие теоретические представления, которые подтверждаются наблюдениями и опытами. Кроме того, он считал, что наука должна приносить пользу производству.

Кризис, охвативший в конце пятидесятых годов всю Англию, прервал его научную работу. Возмущенные жестокой диктатурой Кромвеля сторонники монархии вновь поднялись на борьбу. Аресты и убийства, кровавая междоусобица стали обычным явлением в стране.

       Роберт Бойль удалился в поместье: там можно было спокойно трудиться. Он решил изложить результаты своих исследований за последние десять лет. В кабинете Бойля работали почти круглосуточно два секретаря. Один под его диктовку записывал мысли учёного, другой переписывал начисто уже имевшиеся наброски. За несколько месяцев они закончили первую большую научную работу Бойля «Новые физико-механические эксперименты относительно веса воздуха и его проявления». Книга вышла в свет в 1660 году. Не теряя ни дня, Р. Бойль приступает к работе над следующим своим произведением: «Химик — скептик». В этих книгах Бойль камня на камне не оставил от учения Аристотеля о четырех элементах, существовавшего без малого две тысячи лет, декартова «эфира» и трех алхимических начал. Естественно, этот труд вызвал резкие нападки со стороны последователей Аристотеля и картезианцев. Однако Бойль опирался в нём на опыт, и потому доказательства его были неоспоримы. Большая часть учёных — последователи корпускулярной теории — с восторгом восприняли идеи Бойля. Многие из его идейных противников тоже вынуждены были признать открытия учёного, в их числе и физик Христиан Гюйгенс, сторонник идеи существования эфира.

  После восшествия на престол Карла II политическая жизнь страны несколько нормализовалась, и учёный мог уже проводить исследования в Оксфорде. Иногда он наведывался в Лондон, к сестре Кэтрин.  

   При решении химических проблем Бойль исходил из общефилософских положений. Он писал: "Химики видели свою задачу в приготовлении лекарств, в получении и превращении металлов. Я рассматриваю химию с совершенно иных позиций, не как врач или алхимик, но как философ".

Основополагающей работой Бойля по химии является его книга "Химик - скептик", изданная анонимно в 1661г. В ней Бойль, исходя из экспериментальных данных, впервые показал, что основные понятия химии следует пересмотреть, приведя их в соответствие с реальными химическими результатами. Вместо опровергнутых им устарелых теоретических представлений приверженцев Аристотеля и Парацельса Бойль разработал новую теорию, опирающуюся на атомистические представления.

Бойль создал новые методы очистки веществ. Он также обнаружил, что соки некоторых растений изменяют свою окраску при действии кислот или щелочей. Тем самым Бойль впервые ввёл в химию понятия о кислотно-щелочных индикаторах. Он разработал применяемые и до нашего времени очень важные способы анализа сухим и мокрым путём.

Описанные в работах Бойля многочисленные наблюдения положили начало аналитической химии.

Бойль принадлежал к числу учёных-богачей. Он организовал в Лондоне собственную хорошо оборудованную лабораторию, в которой работало несколько ассистентов и мастеров, изготовлявших изобретённые им приборы. Среди них был впоследствии знаменитый Роберт Гук, которого называют отцом современного приборостроения. Он изобрёл воздушно-механический барометр, зеркальный телескоп и др. Гук одним из первых заметил увеличение веса при обжиге металла и указал на роль воздуха в этой реакции; открыл закон, выражающий зависимость между напряжением и деформацией тела.

        Бойль первым описал явление расширение тел при нагревании, наблюдал, как разрывается заполненная водой железная трубка при замерзании воды, показал, что при падении давления вода может кипеть, оставаясь чуть тёплой. Бойль доказал, что при изменении давления могут испаряться даже те вещества, с которыми этого не происходит в нормальных условиях, — например, лёд.

Наблюдая подъём жидкости в тонких трубках, Бойль не понял, что открыл явление поверхностного натяжения. Много позже это сделал английский физик Д. Стокс.

Р. Бойль был известен и как крупнейший богослов своего времени. Чтобы читать Библию в подлиннике, он даже изучил греческий и древнееврейский языки. Часть своего капитала он завещал для проведения ежегодных научных чтений по физике и богословию.

Яркой стороной жизни Бойля была миссионерская деятельность. В юности пылкое воображение увлекало его в сторону крайних идей. Находясь под влиянием сильных впечатлений, он выражался следующим образом о своём настроении: «Демон воспользовался моей меланхолией, наполнил душу ужасом и внушил сомнения в основных истинах религии». В таком состоянии он додумался до самоубийства, от которого его удержала только мысль, что душа его попадёт в ад.

В начале своей деятельности Бойль изучал главным образом свойства газов. В 1660г. он изобрёл воздушный насос, с помощью которого провёл ряд исследований и открыл свой закон.

      Задолго до начала систематического исследования газов в XVI в. свойства газов стали широко известны в результате опытов над атмосферным воздухом, проведенных Э. Торричелли, О. Герике, Р. Бойлем, Э. Мариоттом. В 1643 г Торричелли доказал, что воздух производит давление. В 1641 г. Герике изобрёл воздушный насос, а в 1654 г. он продемонстрировал перед городским советом Регенсбурга свой знаменитый опыт с «магдебургскими полушариями», доказав громадную силу воздушного давления.

          В 1662 г. Бойль обнаружил существование зависимости между объёмом воздуха и изменением его давления, В 1679 г. Мариотт выразил эту зависимость формулой PV=const. Так появился известный закон Бойля - Мариотта.

         Бойль давал предпочтение опыту перед умозрением; иногда это направление мешало ему делать обобщения смысла замеченных им явлений. Весьма важный физический закон сжатия газов, который носит теперь его имя (закон Бойля - Мариотта), остался бы, может быть, незамеченным Бойлем, если б не первоначальное указание его ученика Ричарда Таунли на правильность сжатия газов с увеличением давления в опытах Бойля. Бойль показал, что тёплая вода закипает при разрежении окружающего её воздуха, но не обобщил значения этого важного опыта, то есть не показал, что температура кипения воды вообще зависит от давления воздуха и паров воды на её поверхности. Он доказал, что явление волосности, а именно поднятие жидкостей в узких трубках, происходит в разреженном пространстве, чем и опровергнул существовавшее тогда мнение, что в этом явлении участвует атмосферное давление.

     Опыт ему доказал также, что сифон не может в разреженном воздухе служить для переливания жидкостей, что дым, как и всякое другое тело, падает, следовательно, подвержен действию тяжести, что трение тел и гашение извести выделяют теплоту и в разреженном воздушном пространстве. 

Эти и многие другие опыты Бойль производил при помощи воздушного насоса, незадолго перед тем изобретённого Отто фон Герике, но получившего различные усовершенствования в руках Бойля.

           С помощью воздушного насоса, первый образец которого был построен с помощью Гука, удалось почти полностью удалить воздух. Однако все попытки доказать присутствие эфира в пустом сосуде оставались тщетными. Пустое пространство Бойль решил назвать вакуумом, что по-латыни означает «пустой».

        После появления сочинения Герике, в котором описаны его опыты над электричеством и магнетизмом, Бойль занялся воспроизведением этих опытов и внёс в них, как всегда, нечто новое. Однако он иногда ошибался, как, например, в том случае, когда полагал, что железо отпадает от магнита под колоколом воздушного насоса вследствие разрежения воздуха.

        Описывая полученный им фосфор, Бойль указывал его цвет, запах, плотность, способность светиться, его отношение к растворителям. Он взвешивал реторты с металлом до обжигания, после обжигания он вновь производил взвешивание, предварительно отломив запаянный конец реторты. При этом всегда наблюдалось увеличение веса, что Бойль ошибочно объяснял тем, что "корпускулы огня" проникают сквозь стекло и поглощаются металлом.

      В 1756 г. М. Ломоносов показал, что вес сосуда, в котором запаян металл, не изменяется после обжигания, остаётся постоянным. В 1774 г. А. Лавуазье подтвердил этот вывод и сверх того доказал, что металлы при обжигании соединяются с кислородом воздуха и поэтому происходит увеличение веса.

Процесс превращения химии в науку, начатый Бойлем, завершился благодаря работам М.Ломоносова, А.Лавуазье, Д.Дальтона.

Бойлю принадлежат фундаментальные работы по физике. В объяснении свойств вещей он опирался на выдвинутую Дж. Локком концепцию первичных и вторичных качеств.

Главной задачей химии, по мнению Бойля, является ответ на основной вопрос, волновавший учёных на протяжении многих веков: из чего состоит материальный мир, как состав веществ влияет на их свойства?

Бойль принял, участив в создании Лондонского королевского общества.

Переехав в 1654 году в Оксфорд, он организовал научное общество, прозванное «невидимой коллегией», так как его заседания проводились то в Оксфорде, то в Лондоне. В 1663 году эта коллегия получила название Лондонского королевского общества. В 1680 г. Бойль отказался от предложения стать президентом этого общества. Девизом Бойля были слова Горация: "nullius in verba" (ни чьих слов не принимать на веру). Эти слова были запечатлены и на гербе Королевского общества.

        Бойль ввёл понятие химический анализ, его корпускулярная теория, по существу, была первой научной теорией состава вещества, он описал способ обезвоживания винного спирта перегонкой над прокалённым винным камнем (поташём) и над едкой известью. Бойль установил, что винный спирт растворяет соли некоторых металлов, серу и фосфор.

Работы Бойля обогатили разные области химии. Предложенные им приборы для определения объёмов газов и жидкостей почти не претерпели изменений до наших дней. Каждый современный химик, определяя кислотность раствора лакмусовой бумажкой, повторяет опыты Бойля. Развитие науки стимулировали даже такие работы Бойля, в которых он не мог дать объяснения наблюдаемым явлениям. Так, например, результаты изучения им процессов горения, переосмысленные 100 лет спустя А. Лавуазье, легли в основу антифлогистонной кислородной теории. Обнаружение условий свечения фосфора привлекло внимание многих поколений химиков и физиков к этому явлению. Общая теория этого процесса была дана лишь в XX веке.

Заслуга Бойля в том, что он впервые дал правильное толкование понятию химического элемента.

В 1685 г. Р. Бойль опубликовал книгу «Обзор естественной истории минеральных вод». Он обобщил результаты изучения свойств и состава вод разных источников и описал способы проведения анализа вод: определение температуры и плотности, изучение цвета и запаха, действия на кожу, наблюдения за подвижностью частиц примесей в воде под микроскопом, действие воздуха на воду. Металлические примеси в различных видах вод следовало определять с помощью сока дубильных орешков. Сок чернел, если вода содержала железо. Примеси меди приводили к покраснению раствора или к выпадению из него осадка. Щелочные воды Бойль предлагал изучать, добавляя к ним сок фиалки, который при этом становился зелёным.

         Как часто случается в науке, одно открытие повлекло за собой другое. При исследовании настоя чернильного орешка в воде Бойль обнаружил, что с солями железа он образует раствор, окрашенный в чёрный цвет. Этот чёрный раствор можно было использовать в качестве чернил. Бойль подробно изучил условия получения чернил и составил необходимые рецепты, которые почти на протяжении века использовались для производства высококачественных чёрных чернил.

             Наблюдательный учёный не мог пройти мимо ещё одного свойства растворов: когда к раствору серебра в азотной кислоте добавляли немного соляной кислоты, образовывался белый осадок, который Бойль назвал «луна корнеа» (хлорид серебра). Если этот осадок оставляли в открытом сосуде, он чернел. Совершалась аналитическая реакция, достоверно показывающая, что в исследуемом веществе содержится «луна» (серебро).

        Систематизируя многочисленные цветные реакции и реакции осаждения, Бойль положил начало аналитической химии.

Бойль опубликовал 10 больших книг и 20 статей, выполнил много-численные опыты с целью "принудить природу дать свои показания".

Если благодаря работам Галилея, Торричелли и других учёных химия была окончательно отделена от физики, то Бойль положил начало становлению химии как науки.

По стилю своей работы Бойль ближе к нам, чем к своей эпохе: он не писал статей, а диктовал их секретарю, он не делал сам опытов, поручал их ассистенту.

        По традиции учёных того времени Бойль не был женат, отличался религиозностью. По свидетельству друзей, знавших его в течение сорока лет, он никогда не произносил слово Бог без благоговейной паузы.

         Будучи ведущим английским физиком и химиком, Роберт Бойль был президентом Лондонского Королевского общества с 1680 года до самой смерти. При его жизни Королевское общество было признанным научным центром, вокруг которого объединились крупнейшие учёные того времени: Дж Локк, И. Ньютон, Д. Уоллес.

        В 1664 году он публикует «Опыты и размышления о цветах». Бойль находился в расцвете творческих сил: одна за другой появлялись из-под его пера научные работы по философии, физике, химии.

           Роберт Бойль был в зените своей славы. Нередко его приглашают теперь во дворец, потому что и сильные мира сего считали честью для себя побеседовать хоть несколько минут со «светилом английской науки». Ему повсеместно оказывали почести и даже предложили стать членом компании «Королевские шахты». В 1661 - 1677 гг. Бойль возглавлял знаменитую Ост-Индскую компанию и на этом посту больше всего заботился о деятельности миссионеров в колониях. Однако все это не могло отвлечь учёного от основной работы. Бойль употреблял все полученные от этой должности доходы на развитие науки. Именно в Оксфорде Роберт Бойль создал одну из первых в Европе научных лабораторий, в которой вместе с ним работали многие известные учёные.

Около трети его научных трудов была посвящена теологии. Он финансировал переводы Библии на турецкий, малайский языки и на язык американских индейцев.

       Бойль обладал хорошим слогом и написал несколько стихотворений и трактат на темы морали.

Бойль был высоким и худым человеком, бледным и измождённым. Будучи человеком известным, он вёл простую жизнь, был дисциплинирован и предельно учтив. В 1680 г. ему было пожаловано звание пэра, но он отказался от такой чести, поскольку его принципы не позволяли ему принести необходимую в таком случае присягу. Всё своё состояние и все свои силы он употребил на изучение природы и на распространение религиозных христианских понятий.

         Шло время. Здоровье Бойля сильно ухудшилось. Он не мог уже следить за работой в лабораториях, не мог принимать деятельного участия в исследованиях. Однако ему необходимо было изложить те знания, которые он приобрел в процессе своих исследований на протяжении почти тридцати пяти лет. С этой целью Бойль отправляется в родовое поместье. Иногда он наезжал в Кембридж — побеседовать с Ньютоном, в Оксфорд — повидаться со старыми друзьями или в Лондон — встретиться с софистами. Но лучше всего он чувствовал себя дома, в своем кабинете среди книг. Теперь его занимали в основном философские проблемы.

Перспектива смерти пугала Бойля лишь тем, что смерть означала переход в мир, в котором всё заранее известно и не надо будет заниматься экспериментами.

Умер Р. Бойль 30 декабря 1691 г. в постели за правкой корректур своей книги "Очерки общей истории воздуха". Умирая, он завещал свой капитал на развитие науки в Англии. Погребён в Лондоне, в Вестминстерском аббатстве.

        В честь Роберта Бойля в 1970 г. назван кратер на Луне. Имя Роберта Бойля закреплено в наименованиях таких используемых в физике понятий, как: закон Бойля — Мариотта, температура Бойля, точка Бойля.

Рассказывают, что ...

 Ассистент Бойля Роберт Гук (1635-1703) имел золотые руки и привычки человека, выросшего в нужде. Он сам шил себе кафтаны и башмаки не хуже портного и сапожника, профессионально шлифовал линзы, он сделал телескоп и микроскоп, когда это ему понадобилось. Судьба обделила его всем, кроме ума и таланта. У Гука не было ни состояния, ни знатности, и хотя роста он был немалого, но был худ, как мощи, хром и то ли горбат, то ли с юности скрючен какой-то болезнью.

В 1662 г. Р. Бойль рекомендовал Лондонскому королевскому обществу Р. Гука на должность главного лаборанта. Гуку было 27 лет, он уже давно окончил Оксфорд и был рад этой должности. Р. Гук открыл клетку и опубликовал её рисунок в 1665 году.

Как выглядело лицо Гука, мы не знаем – говорят, он не позволил написать свой портрет, хотя и стал членом Королевского общества.

По словам Бойля, Гук открыл тот закон, который мы и теперь называем законом Бойля - Мариотта.

Гук сконструировал гигрометр, дождемер, барометр с циферблатом, ареометр, водолазный колокол, проекционный фонарь, шаровидный "шарнир Гука", одно из первых счётных устройств, спиральную пружину для часов, минимальный термометр. Он предложил считать температуру замерзания воды нулевой, установил "закон Гука" - основу математической теории упругости.

Р. Гук дожил до 68 лет. Трудно перечислить, что он сделал за свою жизнь, пока не ослеп.

Этот хилый, страдавший из-за своей внешности человек у лабораторного стола был гением - ему всё удавалось.

Р. Бойль был старше Гука на восемь лет. На столько же Гук был старше И. Ньютона. Блистательный Гук разбрасывал идеи и, получив первые результаты, хватался за другую задачу. Не таков был Ньютон, умевший надолго сосредоточиться на одной проблеме. Они были соперниками, Р. Гук обвинял Ньютона в плагиате, была полемика. Гука уговорили потушить ссору. Он отправил Ньютону примирительное послание, предложил не прибегать к публичной перепалке. Ньютон ему ответил письмом, где была фраза: "Если я видел дальше, то потому, что стоял на плечах гигантов".

Добротою великий Ньютон не отличался. В год, когда Р. Гук умер, И. Ньютон стал президентом Королевского общества, и из истории стала вытравляться сама память о былом сопернике Ньютона.