Магдебургские полушария

Герике Отто фон (Otto von Guericke) – немецкий физик. Родился 20 ноября 1602 года в семье зажиточных горожан в Магдебурге.

         В 1617 году поступил на факультет свободных искусств Лейпцигского университета, но в 1619 году, в связи с началом Тридцатилетней войны, вынужден был перейти в Хельмштедтский университет, где проучился несколько недель. Потом с 1621 по 1623 год штудировал юриспруденцию в Йенском университете, а с 1623 по 1624 год изучал точные науки и фортификационное искусство в Лейденском университете. Закончил своё обучение девятимесячным образовательным путешествием в Англию и Францию. В ноябре 1625 года вернулся в Магдебург, а в следующем году женился на Маргарите Алеманн и был избран в коллегиальный совет городского магистрата, членом которой оставался до преклонного возраста. Как чиновник, отвечал за строительство, а в 1629 и 1630—1631 годах — ещё и за оборону города.

         Хоть сам Герике не разделял симпатий жителей Магдебурга к шведскому королю-протестанту, когда в мае войска Католической лиги взяли штурмом и уничтожили город, он потерял своё имущество и, чуть не погибнув, оказался в плену под Фермерслебеном. Оттуда, благодаря посредничеству князя Людвига Ангальт-Кётенского его выкупили за триста талеров.

      Переехав с семьей в Эрфурт, Герике стал фортификационным инженером на службе у Густава II Адольфа (находился на должности до 1636 года).

         В феврале 1632 года вся семья Герике вернулась в Магдебург. Следующие десять лет фон Герике осуществлял восстановление города, уничтоженного пожаром в 1631 году. Отстроил также и своё жильё. При шведской, а с 1636 года — саксонской власти он принимал участие в общественных делах Магдебурга. В 1641 году стал городским казначеем, а в 1646 году — бургомистром. Эту должность он занимал тридцать лет.

      В сентябре 1642 года Герике начал довольно опасную и скользкую дипломатическую деятельность (продолжалась до 1663 года), поехав ко двору саксонского курфюрста в Дрездене, чтобы там добиваться смягчения жесткого саксонского военного режима в Магдебурге. Принимал участие, в частности, в заключении Вестфальского мира, в работе Конгрессе по исполнению мира в Нюрнберге (1649—1650) и в роспуске Регенсбургского райхстага (1653—1654). На этом роспуске совпали научные и дипломатические интересы Герике.

 По приглашению он показал несколько своих экспериментов перед высшими сановниками Священной Римской империи, один из которых, архиепископ Иоганн Филипп фон Шонборн , купил один из аппаратов Герике и направил в иезуитский коллегиум в Вюрцбурге. Профессор философии и математики этого заведения Каспар Шотт заинтересовался новинкой и с 1656 года стал регулярно переписываться с Отто фон Герике. В результате тот впервые опубликовал свою научную работу в приложении к книге Шотта Mechanica Hydraulico-pneumatica, вышедшей в 1657 году. В 1663 году Герике приготовил к печати рукопись своего фундаментального труда — Experimenta Nova (ut vocantur) Magdeburgica de Vacuo Spatio, но в печать она вышла в 1672 году в Амстердаме. 

     В 1652 году (через семь лет после смерти первой жены) он женился на Доротее Лентке, дочери своего коллеги на службе — Штеффана Лентке, и родил с ней троих детей: дочь Анну Катарину и сыновей — Ганса Отто и Якоба Кристофа. 

4 января 1666 года кайзер Леопольд I пожаловал учёному дворянский титул.

        В 1660-е годы стало очевидно, что не удастся достичь цели, ради которой Герике посвятил двадцать лет дипломатической работы, — добиться для Магдебурга статуса вольного города в пределах Священной Римской империи. В 1666 году вынужден был подписать Клостербергское соглашение, согласно которому Магдебург принимал гарнизон бранденбургских солдат и платил налоги Фридриху Вильгельму I. Хоть этот великий курфюрст не дал осуществиться политическим амбициям магдебуржцев, отношения между ним и Герике были довольно тёплые. Правитель Бранденбурга был меценат и поддерживал развитие науки. Взял Ганса Отто Герике служить бранденбургским представителем в Гамбурге, а Отто Герике в 1666 году ввёл в состав советников Бранденбурга.

       В 1676 году Отто Герике по состоянию здоровья отказался от должности бургомистра, и только в 1678 году магистрат согласился с этим отказом и объявил его пенсионером.

      В январе 1681 года, под предлогом того, что Магдебургу грозит эпидемия чумы, Герике с женой Доротеей перебрался к сыну — Отто Гансу, который жил в Гамбурге. Там выдающийся учёный умер 11 мая 1686 года. 23 мая его похоронили в Магдебурге, в церкви святого Ульриха, а 2 июля того же года перезахоронили в магдебургской церкви святого Иоанна, в склепе Алеманнов — Герике.

      Во времена наполеоновских войн в церкви устроили лазарет и склеп разорили. Тело Герике перезахоронили возле городских ворот. В начале 2000-х годов склеп жены был найден в церкви святого Иоанна.

        Невзирая явную наклонность к научным занятиям, Отто фон Герике никогда не уклонялся от возлагаемых на него его родным городом гражданских обязанностей и, приняв на себя почётную должность бургомистра города Магдебурга чуть ли не в самое смутное для страны время, был принуждён постоянно отлучаться для исполнения разных дипломатических поручений.

Учитывая, что в этой хлопотливой должности он состоял 32 года, до этого ещё побывав в плену, на военной службе, и занимался постройкой укреплений и мостов, то нельзя не удивиться той настойчивости, с которой он в свободные дни и часы предавался любимым занятиям физикой и такому значительному числу изобретений и новых опытов, которыми он обогатил науку и подробное описание которых оставил в упомянутой ранее знаменитой книге. 

     Как физик, Герике был прежде всего экспериментатором, вполне понимавшим научное значение опыта, что в его время можно считать признаком гениальности. В 17 веке ещё очень трудно было отрешится от схоластического направления, так долго господствовавшего в науке и приучить свой ум к самостоятельной оценке наблюдаемых явлений.

         Не зная ещё ничего об изобретении ртутного барометра (1643 год) и о так называемой торричеллиевой пустот, Герике настойчиво стремился разрушить путём опыта старинный философский спор о пустом пространстве. И вот, около 1650 года, результатом этой настойчивости является изобретение воздушного насоса. Герике, как известно, сначала не считал возможным выкачивать воздух непосредственно и хотел образовать пустое пространство в герметически закрытой бочке посредством удаления наполнявшей ее воды. С этой целью он ко дну бочки приделал насос, думая, что только при таком расположении прибора вода будет следовать за поршнем насоса вследствие своей тяжести. Отсюда видим, что вначале у Герике не было ещё определенного понятия об атмосферном давлении и вообще об упругости воздуха.

     Когда эта первая попытка не удалась, так как в образующуюся пустоту сквозь щели и поры бочки проникал с шипением наружный воздух, Герике попробовал поместить свою бочку в другую, тоже наполненную водою, предполагая этим способом предохранить пустоту от устремляющегося в нее воздуха снаружи. Но и на этот раз опыт оказался неудачным, ибо вода из наружной бочки под влиянием атмосферного давления протекала сквозь поры во внутреннюю и наполняла пустоту.

Тогда, наконец, Герике решился приложить насос к непосредственному выкачиванию воздуха из медного шарообразного сосуда, всё ещё придерживаясь своего ложного предположения, что и воздух, подобно воде, может следовать за поршнем насоса только благодаря своей тяжести, поэтому и теперь насос был привинчен внизу сосуда и расположен вертикально. Результат выкачивания был совсем неожиданным и напугал всех присутствующих: медный шар не выдержал внешнего давления и с треском был скомкан и сплюснут. Это заставило Герике приготовлять для следующих опытов резервуары более прочные и более правильной формы.

       Неудобное расположение насоса вскоре принудило Герике устроить специальный для всего прибора треножник и приделать к поршню рычаг; таким образом был устроен первый воздушный насос, названный автором Antlia pneumatica. Конечно, прибор был ещё очень далек от совершенства и требовал не менее трёх человек для манипуляций с поршнем и кранами, погружёнными в воду, для лучшей изоляции образующейся пустоты от наружного воздуха.

            Роберт Бойль, внёсший в пневматическую машину значительные усовершенствования, считал Отто фон Герике её настоящим изобретателем. И хотя Герике в начале своих исследований ошибочно истолковывал действие своего прибора (тяжестью, а не упругостью воздуха, заключённого в резервуар), тем не менее он, по-видимому, хорошо понимал невозможность достижения при посредстве воздушного насоса абсолютной пустоты.

            Герике следует считать изобретателем только воздушного разрежающего насоса: нагнетательные насосы были известны еще в древности, и их изобретение приписывается Ктезибию, жившему во II веке до н. э. в Александрии.

          Избрав предметом своих исследований воздух, Герике старался доказать опытным путем необходимости его соучастия в таких явлениях, как передача звука на расстояние и горение. Им был придуман известный опыт с колокольчиком под колпаком воздушного насоса, а в вопросе о горении он значительно опередил современных ему философов, имевших об этом явлении самые смутные представления. Так, например, Рене Декарт в 1644 году старался доказать путём рассуждения, что лампа может гореть в герметически закрытом пространстве сколько угодно долго.

  Убедившись, что свеча не может гореть в резервуаре, из которого выкачан воздух, Герике доказал с помощью специально для этой цели устроенного прибора, что пламя пожирает воздух, то есть что некоторая часть воздуха (по его мнению, около 1/10) уничтожается горением. Вспомним, что в эту эпоху ещё никаких химических сведений не было, и о составе воздуха никто не имел ещё представления; неудивительно поэтому, что и Герике не мог объяснить факта поглощения части воздуха при горении и говорил только, что пламя портит воздух, потому что его свеча гасла в закрытом пространстве сравнительно скоро. Во всяком случае, он был гораздо ближе к истине, чем те химики XVII века, которые создали гипотезу флогистона.

В 1654 г.он продемонстрировал существование давления воздуха (опыт с "магдебургскими полушариями"). В эксперименте использовались «два медных полушария около 14 дюймов (35,6 см) в диаметре, полые внутри и прижатые друг к другу». Из собранной сферы выкачивался воздух, и полушария удерживались давлением внешней атмосферы. В 1654 г. в Регенсбурге Герике продемонстрировал эксперимент в присутствии императора Фердинанда III. После выкачивания из сферы воздуха 16 лошадей (по 8 с каждой стороны) не смогли разорвать полушария. В 1656 г. Герике повторял эксперимент в Магдебурге, а в 1663 г. – в Берлине с 24 лошадьми. Герике говорил, что об опыте Торричелли он узнал в 1654 году и у него появилась желание убедиться лично в возможности образования пустоты.

        Любопытно, что «магдебургские полушария» имеются у каждого человека: головки бедренных костей удерживаются в тазовом суставе атмосферным давлением.

       Герике доказал упругость воздуха, определил его плотность, выяснил, что воздух является проводником звука, в пустоте звук не распространяется. Доказав, что «звук распространяется в воздухе, Герике придумал оригинальный опыт, показавший, что звук распространяется и в воде. На берегу пруда установили колокол. Колокол звонил всякий раз, когда рыбе бросали в определённом месте корм. Когда рыбу приучили, она стала приплывать на место кормёжки просто по сигналу колокола, хотя её и не кормили. Это убедительно доказывало, что звук передаётся водой. Герике доказал наличие в воздухе паров воды.

       В 1657 году он изобрёл водяной барометр, с помощью которого в 1660 году предсказал надвигающуюся бурю за 2 часа до её появления, таким образом, войдя в историю как один из первых метеорологов.

Отто фон Герике произвёл множество опытов в вакууме. Ему принадлежат широко известные демонстрации под колоколом воздушного насоса. Прежде всего это замирание звука звонка — опыт, впервые показавший, что звук распространяется только в веществе. В то же время Герике показал, что свет распространяется в вакууме так же, как в воздухе.

     Он изобрёл гигрометр, построил манометр, изучал магнитные явления. Герике занимался также и астрономией. Был сторонником гелиоцентрической системы. Разработал свою космологическую систему, отличавшуюся от системы Коперника предположением о наличии бесконечного пространства, в котором распределены неподвижные звёзды. Полагал, что космическое пространство является пустым, но между небесным телами действуют дальнодействующие силы, регулирующие их движение.

Гений Отто Герике был признан ещё при жизни учёного, и подтверждением этому стало присвоение ему дворянского звания, первому из мирового сообщества физиков того времени.

В 1660 г. он построил одну из первых электрических машин. Это был шар из серы, натираемый руками, который, мог вращаться вокруг железного стержня как вокруг оси. Обнаружил явление электростатического отталкивания однополярно заряженных предметов, электризацию через влияние.

        В 1672 году он обнаружил, что заряженный шар потрескивает и светится в темноте (электролюминесценция).

         В области магнетизма Герике сделано тоже несколько новых наблюдений. Он нашел, что железные вертикальные прутья в оконных решетках намагничиваются сами собою, представляя вверху северные, а внизу южные полюсы, и показал, что можно слегка намагнитить железную полосу, расположив ее в направлении меридиана и ударяя по ней молотком.

         Немецкий физик Ф. Розенбергер, автор труда «История физики» так писал о Герике: "Герике, конечно, не был физиком, действовавшим по определенным нормам той или иной школы; но он был больше этого: обладал проницательным умом, верно схватывавшим потребности науки, будучи в то же время очень искусным экспериментатором и знающим математиком, с интересом к числу и мере… Рядом с Кеплером, он бесспорно величайший из немецких физиков XVII столетия"

          Магдебургская Высшея техническая школа носит имя Отто фон Герике - своего известного гражданина и бургомистра, замечательного изобретателя, знаменитого учёного, тонкого дипломата и прекрасного человека. 1 октября 1963 г. в городе Магдебурге, на родине великого естествоиспытателя, в связи с десятилетием со дня основания Магдебургской Высшей технической школы имени Отто фон Герике на площади перед ратушей был полностью повторен исторический опыт с полушариями.

         Изготовили медные полушария, кожаное кольцо, древний насос — всё, как в 1654 г. Все действующие лица надели костюмы XVII столетия. «Конюхи», облаченные в старинные одежды, вы¬вели на площадь лошадей. Сперва четыре, потом восемь и, наконец, шестнадцать лошадей пытались разорвать полушария — и всё напрасно! Только после того, как девочка-школьница по¬вернула кран и впустила внутрь полушарий воздух, они сами собой распались.

     Так благодарные потомки магдебургского бургомистра отметили дату создания технической школы, носящей его имя.

Однажды он сказал:

• Философы, которые держатся исключительно за свои умозрения и аргументы, оставляя в стороне опыт, никогда не могут прийти к достоверным и справедливым выводам относительно явлений внешнего мира, и мы видим немало примеров, что человеческий разум, когда он не обращает внимания на результаты, добытые опытом, оказывается от истины дальше, чем земля от солнца.

Рассказывают, что …

• Когда однажды, в 1660 г., показания придуманного им водяного барометра начали резко падать, Герике сообразил, что если давление воздуха здесь сильно уменьшается, то скоро в это место хлынут со всех сторон воздушные потоки и начнется буря, о чем предупредил всех жителей. Так было положено начало научному предсказанию погоды.
  

        Однако научные истины не так просто воспринимаются. Для того чтобы метод Герике стал общепризнанным, потребовались почти два века и катастрофа со множеством жертв: 2 августа 1837 г. начальник гавани Пуэрто-Рико предупредил моряков о невероятно резком понижении показаний барометра и предстоящей буре. Они его не послушались, и все 33 корабля, стоявшие в гавани, затонули!