Общий ход мыслей, приведший Паскаля к его замечательным открытиям в области физики, сводится к следующему. Опыты Торричелли, сообщенные ему Мерсенном, убедили Паскаля, во-первых, в том, что есть возможность получить пустоту, если не абсолютную, то по крайней мере такую, в которой нет ни воздуха, ни паров воды. В “тончайшую материю” Декарта он не верил, а явления подъема воды в насосе и ртути в трубке сначала приписывал “ограниченной боязни пустоты”, то есть, как он поясняет, “сопротивлению, оказываемому телами их взаимному разделению”. Убедившись в недостаточности этого объяснения и отлично зная, что воздух имеет вес – это говорил уже Галилей, – Паскаль напал на мысль объяснить явления, наблюдаемые в насосах и в трубках, действием этого веса. Главная трудность, однако, состояла в том, чтобы объяснить способ передачи давления воздуха – этого не сделал даже Торричелли, а менее всего Декарт, воображавший, что все объясняется непрерывностью материи, отсутствием пустоты и “круговоротом” веществ. Что касается Паскаля, то, раз напав на мысль о влиянии веса воздуха, он рассуждал так: если давление воздуха действительно служит причиной рассматриваемых явлений, то из этого следует, что чем меньше или ниже, при прочих равных условиях, столб воздуха, давящий на ртуть, тем ниже будет столб ртути в барометрической трубке. Стало быть, если мы поднимемся на высокую гору, барометр должен опуститься, так как мы стали ближе прежнего к крайним слоям атмосферы и находящийся над нами столб воздуха уменьшился.
Паскалю тотчас же пришла мысль проверить это положение опытом, и он вспомнил о находящейся подле Клермона горе Пюи-де-Дом. 15 ноября 1647 года Паскаль сообщил проект этих опытов мужу своей старшей сестры, Перье, бывшему в то время в Мулене. По различным обстоятельствам Перье смог произвести эти опыты лишь 19 сентября 1648 года и выполнил поручение Паскаля с возможною тщательностью. Явления, предсказанные Паскалем, оправдались на опыте с буквальной точностью.
По мере подъема на Пюи-де-Дом ртуть понижалась в трубке – и так значительно, что разница на вершине горы и у ее подошвы составила более трех дюймов. Эти наблюдения были проверены на обратном пути. Изучая подробные численные данные, присланные ему Перье, Паскаль заметил, что разница в двадцать саженей при подъеме на гору соответствует разнице в две линии на столбе ртути. Эти цифры показали Паскалю, что опыт может быть повторен в городе, и, находясь тогда в Париже, Паскаль тотчас произвел его на башне св. Иакова, а затем в одном частном доме, имевшем десять саженей высоты. Везде получались результаты, совершенно согласные с числами Перье. Эти опыты окончательно убедили Паскаля в том, что явление подъема жидкостей в насосах и трубках обусловлено весом воздуха. Оставалось объяснить способ передачи давления воздуха. Паскаль, знавший об опытах Архимеда над жидкостями, напал на простую, но гениальную мысль сравнить давление воздуха с давлением, существующим внутри жидкостей. Архимед доказал, что всякое твердое тело, частью или целиком погруженное в жидкость, теряет в своем весе и что эта потеря как раз равна весу вытесненной телом жидкости. Голландский ученый Стевин пошел еще дальше и сказал, что давление жидкости на дно сосуда зависит лишь от высоты жидкости, то есть от высоты ее уровня над дном сосуда, и не зависит нисколько от формы сосуда. Наконец Паскаль не только подтвердил вполне истину, высказанную Стевином, но и показал, что давление жидкости распространяется во все стороны равномерно и что из этого свойства жидкостей вытекают почти все остальные их механические свойства; затем Паскаль показал, что и давление воздуха по способу своего распространения совершенно подобно давлению воды.
Паскаль собирался написать обширный трактат о равновесии жидкостей, но успел составить лишь краткое исследование, да и оно было напечатано только после его смерти.
В научных работах Паскаля есть огромные достоинства, выгодно отличающие его сочинения от трудов большинства его современников. Изложение Паскаля отличается необыкновенною ясностью и общедоступностью. Его трактат о равновесии жидкостей может быть прочитан людьми, знающими лишь арифметику. Вот как, например, поясняет Паскаль теорию гидравлического пресса. Предположим, что у нас есть сосуд, закрытый со всех сторон, исключая два отверстия, из которых одно в сто раз больше другого. Если мы приладим к каждому отверстию по поршню так, чтобы эти поршни входили плотно, то один человек, движущий маленький поршень, если сосуд наполнен водою, уравновесит силу ста человек, движущих большой поршень; если же к последнему приставить только девяносто девять человек, то один человек, налегающий на малый поршень, справится со всеми девяноста девятью. Из этого видно, говорит Паскаль, что сосуд, наполненный· водою или иной жидкостью, представляет новый род машины, могущей умножить силу во столько раз, во сколько нам угодно: стоит только уменьшать размеры одного отверстия и расширять другое, прилаживая в то же время соответственные поршни.
Паскаль поясняет, что эта новая машина, подобно машинам, составленным из твердых тел, не создает силы из ничего. Выигрыш силы здесь, как и всюду, достигается лишь за счет потери в скорости. Так, например, очевидно, по словам Паскаля, что человек, движущий маленький поршень, должен опустить его на один дюйм для того, чтобы большой поршень прошел лишь сотую часть дюйма. В этом легко убедиться, сравнивая количество воды, вытесненное малым поршнем, с объемом, который оставляет за собою во время движения большой поршень. Вода почти несжимаема, а потому как раз тот объем воды, который вытеснен малым поршнем, должен поместиться в пространстве, только что оставленном большим поршнем. Чтобы оба эти объема были равны между собой, необходимо продвинуть в сто раз меньший в разрезе поршень на расстояние в сто раз большее.
Паскаль целым рядом примеров поясняет свой главнейший принцип, состоящий в том, что давление жидкостей равномерно распространяется во все стороны, и доказывает, что этим свойством обусловливается множество других и объясняется много кажущихся парадоксов. В тех случаях, когда твердые или полужидкие тела оказывают равномерное давление, получаются совершенно аналогичные последствия. Когда, например, идет речь о том, почему человек или животное, погруженные в воду, почти не замечают ее давления, Паскаль поясняет это следующим сравнением. “Положите червяка в тесто и сожмите это тесто руками; вы не будете в состоянии раздавить червяка, как бы вы сильно ни сжимали. Это потому, что червяк заключен в тесто, окружающее его со всех сторон совершенно равномерно, и давление распространяется на поверхность его тела равномерно, а потому каждая частица поверхности его тела испытывает сравнительно ничтожное давление. Совершенно то же происходит с телом животного, погруженного в воду. Пусть более не утверждают, что давление воды не ощущается потому, что вода будто бы не давит на самое себя. Она оказывает давление одинаково во все стороны. Настоящая причина, почему животное, погруженное в воду, не может быть раздавлено весом находящейся над ним жидкости, состоит вовсе не в том, что это давление будто бы зависит от ничтожного веса, а в том, что животное окружено со всех сторон жидкостью, распределяющей давление по всему телу. Вообразим себе, что весь столб жидкости, находящийся над животным, внезапно отвердел, например, замерз, но что при этом остался только ничтожный слой жидкости, отделяющий животное от твердой массы. При таких условиях животное по-прежнему не будет испытывать давления, потому что давление твердой массы, сообщаемое ему при посредстве слоя воды, по-прежнему распределится равномерно”.
