Ауаның салмағы бар екенін бірінші кім дәлелдеді?

Ұзақ уақыт бойы адамдар ауаны көрінбейтін, сезілмейтін және негізінен массасыз зат деп қабылдады. Ежелгі ойшылдар оның элемент пе, әлде материяның болмауы ма екенін ұзақ уақыт бастан кешірді. Тек эксперименталды ғылымның дамуымен ғана мұндай пікірлерді тәжірибе жүзінде тексеру мүмкін болды. Табиғатты зерттеудің негізгі сұрақтарының бірі — атмосфераның салмағы бар ма — XVII ғасырға дейін ашық қалды. Бұған жауап беру үшін жаңа құралдар ғана емес, мыңдаған жылдық дәстүрлі көзқарастарға қарсы тұруға деген қайсарлық та қажет болды. Бұл мақала ауаның салмағы бар екенін алғаш рет кім және қалай дәлелдегенін айқындайды.

Ежелгі көзқарастар мен философиялық шешім қабылдау мүмкіндігінің жоғалуы

Ежелгі заманда төрт негізгі элемент туралы идея үстем болды, оның ішінде ауа ерекше орын алады. Бірақ оның материалдығын мойындағандардың өзі оның салмағы бар деп ойламады. Мысалы, Аристотель ауа «табиғи» түрде жоғары қарай қозғалады деп есептеді, демек, су мен жерден жеңіл болуы керек. Мұндай көзқарастар газдарды сандық түрде зерттеу әрекеттерін ғасырлар бойы тежеп тұрды.

• философтар жеңіл заттардың көкке, ал ауыр заттардың әлемнің орталығына ұмтылатынын сенді;
• вакуум мүмкін емес деп саналды, ал «ауалық орта» — эфирдің сиретілген түрі ғана болды;
• газдарды таразыға салу тәжірибелері абсурдты көрінді, себебі оларды қолға алу мүмкін емес еді;
• Қайта өрлеу дәуірінде де көпшілік ғалымдар Платонның пікірлерін айтты, тәжірибе жасамады.

Сонымен, бұл мәселеде жаңа құралдан гөрі табиғатты танудың түбегейлі өзге тәсілі қажет болды.

Алғашқы әрекеттер: Галилей мен оның тері қапшығы

Ауаның салмағын тәжірибе жүзінде тексеруге алғаш қол салған Галилео Галилей болды. Шамамен 1610–1620 жылдары ол қарапайым, бірақ инновациялық тәжірибе жасады: тығыз тері қапшықты желдетіп, таразыға салды, содан кейін ішіндегі ауаны шығарып, өлшеуді қайталады. Айырмашылық аз болды, бірақ нақты.

1. Зерттеушінің тәсілі. Галилей қарапайым иінді таразы мен қолжетімді материалдарды пайдаланды. Ол ауа масса қосатынын дұрыс болжады, бірақ оны дәл көрсете алмады.
2. Әдістің шектеулері. Құралдардың дәлсіздігі мен терінің өткізгіштігі нәтижелерге күмән тудырды. Замандастары салмақтың азаюы терінің құрғауы немесе май шығуымен байланысты болуы мүмкін деп пікір айтты.
3. Тарихи маңызы. Кемшіліктеріне қарамастан, бұл тәжірибе ғылыми пікірлерден сандық талдауға ауысудың алғашқы қадамы болды. Ол ауа — бұл бос кеңістік емес, өлшенетін зат екенін көрсетті.

Дәлел косвен болса да, ол кейінгі ғалымдарды дәлірек әдістер іздеуге итермеледі.

Теориялық жаңалық: Торричелли мен атмосфералық қысым

Ауа табиғатын түсінудегі шын мәніндегі бұрылыс Эванджелиста Торричелли — Галилейдің шәкірті мен ізбасары — арқылы жасалды. 1643 жылы ол сынапты барометр ойлап тапты: ұзын шыны түтікті сынаппен толтырып, оны сондай-ақ сұйықтықпен толтырылған ыдысқа аударды. Сынап бағанасы 760 мм шамасында тұрақтанып, үстінде «бос» кеңістік қалдырды.

• Торричелли бұл кеңістіктің вакуум екенін, ал табиғаттың «бос кеңістіктен қорқуы» емес екенін түсінді;
• ол сынапты атмосфераның қысымы ұстап тұрғанын, су қысымының теңіз түбіне әсер етуіне ұқсас екенін қорытты;
• қысым ауырлық күші арқылы туындайтын болғандықтан, атмосфераның массасы болуы керек деген қорытынды жасады;
• оның идеялары Блез Паскальдің таудың шыңында қысымның төмендеуін өлшеуі арқылы тамаша расталды.

Торричелли ауаны тікелей таразыға салмаса да, оның салмағы туралы физикалық негіз қалады.

Тікелей дәлел: Отто фон Герикенің тәжірибесі

Ауаның салмағы бар екенін соңғы, қайталанбайтын дәлелдеген неміс ғалымы Отто фон Герике болды. 1650 жылдары ол Магдебург полушарияларымен танымал болғанымен, мыс шар мен өзінің ауа сорғышы арқылы дәлелді тәжірибе де жасады.

1. Тәжірибенің барысы. Герике герметикалық мыс ыдысты дайындап, ішіндегі ауаны сорып алды да, таразыға салды. Содан кейін атмосфералық ауаны қайта енгізіп, өлшеуді қайталады. Масса артты.
2. Дәлдік пен бақылау. Галилейден айырмашылығы, Герике сенімді тығыздық жүйесі мен сезімтал таразыларды пайдаланып, ылғал немесе ағу әсерін болдырмауға тырысты.
3. Жариялау мен ықпал. Нәтижелер «Вакуум туралы жаңа тәжірибелер» деген еңбегінде сипатталып, Еуропа бойынша тез тарады да, дау-дамайларға шек қойды.

Бұл тәжірибе ауаның салмағы бар екенін тікелей, қайталанатын және сандық түрде негізделген алғашқы дәлел болды.

Танылу мен ғылыми салдарлар

Герике мен Паскальдің жұмыстарынан кейін атмосфераның салмағы туралы идея ғылыми айналымға тез енді. Ғалымдар ауаның тығыздығын өлшей бастады, әртүрлі биіктіктегі қысымды есептеді және газдар теориясын әзірледі. Бұл ашылу көптеген ғылым салаларының негізін қалады.

• метеорология ауа райын болжау үшін физикалық негіз алды;
• инженерлер тиімдірек сорғыштар мен қозғалтқыштар жобалай алды;
• кейінірек Лавуазье бұл мәліметтерді оттегін ашу мен газ химиясын құру үшін пайдаланды;
• ауаның салмағын түсінбей аэростаттар мен қазіргі авиация мүмкін болмас еді.

Сонымен, ауаның салмағы бар екенін дәлелдеу — тек қызықты факт емес, ғылыми-техникалық прогрестің катализаторы болды. Бұл көрінбейтін нәрсені өлшеуге болатынын көрсетті — тек табиғатқа дәлдік, шыдам және сыйластықпен қарау керек. Бүгін біз бұл білімді аксиома ретінде қабылдаймыз, бірақ оның артында кеңістік бос емес деген шешім қабылдаған бірнеше ұрпақ ойшылдардың еңбегі жатыр.