Значение натурного эксперимента

Если бы я был преподавателем физики в вузе, то начинал бы лекции по термодинамике с одной занимательной, почти детективной истории, которой около 300 лет. История связана с именами живших на рубеже конца XVII– начала XVIIIвеков изобретателей. Первым был некто Томас Сэвери, капитан шахтёров, автор книги «Друг рудокопа», запатентовавший первый в мире двигатель (который, скорее, был паровым насосом). Вторым – француз по рождению, видный священник англиканской церкви, один из руководителей масонов Англии (Великий Мастер Великой ложи Лондона и Вестминстера), автор первого в мире «Курса физики» («Курса экспериментальной философии»), личный духовник принца крови Великобритании, Жан Теофиль Дезагулье.

Впервые я узнал про эту историю из раннего издания книги «ASystemofNaturalPhilosophy: InwhichthePrinciplesofMechanics…» довольно плодовитого автора научной литературы XIXвека профессора Джона Ли Комстока:

559. It appears that the idea of forming a vacuum by the condensation of steam, was suggested to Capt. Savary [sic!] by the following circumstances:

Having drank a flask of Florence wine at an inn, he threw the empty flask on the fire, and a moment after called for a basin of water to wash his hands. A small quantity of the wine which remained in the flask, began to boil, and steam issued from its mouth. Observing this, it occurred to him to try what effect would be produced by inverting the flask, and plunging its mouth into the cold water of the basin. Cutting on a thick glove to defend his hand from the heat, he seized the flask, and the moment he plunged its mouth into the water, the liquid rushed up, and nearly tilled the vessel. [John Lee Comstock. A System of Natural Philosophy. New York. 1843. стр. 144. Книга рекомендовалась для использования в школах и академиях США]

Вот мой перевод:

«Возможно, идея получить вакуум конденсацией пара пришла капитану Сэвeри следующим образом:

Допив флягу флорентийского вина в гостинице, он бросил пустую флягу в огонь, а сам, мгновенье спустя, взял таз с водой, чтобы вымыть руки. Остатки вина во фляге вскипели, и пар пошел из горлышка. Наблюдая за этим, ему пришло в голову посмотреть, что произойдет, если, перевернув флягу, сунуть ее горлышко в тазик. Одев толстую перчатку, чтобы не обжечь руку, он схватил флягу, и тотчас же сунул горлышко в воду, жидкость стала всасываться и почти целиком заполнила сосуд.»

Прочитав это впервые, я подумал – ну вот, еще одно типичное «американское исследование». Томас Сэвери представляется читателю весьма эффектно – этакий разнузданный капитан, упившийся (ведь having drank можно перевести как «выдув», «вылакав» или «упившись», а не просто «утолив жажду» или «допив бутылку») в гостинице флорентийским вином и бросающий пустые бутылки в огонь….

Почему разнузданный? В те времена бутылки изготавливались стеклодувами вручную и зачастую стоили гораздо дороже их содержимого. Так что открыть «по-гусарски» шампанское (отрубив саблей горлышко) или другим способом испортить бутылку могли лишь люди с определенным характером. Которых могли взять на военную службу в гусарский полк, но вот вопрос… взял бы такого в управляющие (в капитаны) хозяин шахты?

Господи, думал я, а почему вино именно флорентийское? Для создания эффекта достоверности? И дальше – «…наблюдая за этим, ему пришло в голову посмотреть, что произойдет…», если сунуть горячую бутылку в холодную воду. И то правда, подумал я, какие только идиотские мысли спьяну не лезут в голову?

Кстати, в последующих переизданиях книги доктора Джона Ли Комстока отрывок о капитане Сэвери отсутствует. Интересно, почему?

Каково же было мое удивление, когда я, некоторое время спустя узнал, что, скорее всего, автором этой истории «о пьянстве капитана Сэвери в гостинице» является сам капитан Сэвери. Сначала я совершенно не представлял, откуда взял эту красочную историю Дж.Л. Комсток и посчитал ее плодом буйной фантазии американского профессора первой половины XIX века. До тех пор, пока мне не попался в в руки «Курс экспериментальной философии» Дж.Т. Дезагулье.

Сначала оригинал. Это не оригинальное изображение печатного английского текста первой половины XVIII века. Но текст, даже «причесанный» под современный английский, все же дышит ни с чем не сравнимым духом старины.

«CAPTAIN Savery, having read the Marquis of Worcester’s Book, was the first who put in practice the raising Water by Fire, which he proposed for the draining of Mines. His Engine is described in Harris's Lexicon, (see the Word Engine) which being compared with the Marquis of Worcester's Description, will easily appear to have been taken from him; tho’ Captain Savery denied it, and the better to conceal the matter, bought up all the Marquis of Worcester's Books that he could purchase in Pater-Noster-Row and elsewhere, and burned 'em in the presence of the Gentleman his Friend, who told me this. He said that he found out the Power of Steam by chance, and invented the following Story to persuade People to believe it, viz. that having drank a Flask of Florence at a Tavern, and thrown the empty Flask upon the Fire, he called for a Bason of Water to wash his Hands, and perceiving that the little Wine left in the Flask had filled up the Flask with Steam, he took the Flask by the Neck and plunged the Mouth of it under the Surface of the Water in the Bason, and the Water of the Bason was immediately driven up into the Flask by the Pressure of the Air. Now he never made such an Experiment then, nor designedly afterwards, which I thus prove :

I MADE the Experiment purposely with about half a Glass of Wine left in a Flask, which I laid upon the Fire till it boiled into Steam: then putting on a thick Glove to prevent the Neck of the Flask from burning me, I plunged the Mouth of the Flask under the Water that filled a Bason; but the Pressure of the Atmosphere was so strong, that it beat the Flask out of my Hand with Violence, and threw it up to the Ceiling. As this must also have happened to Captain Savery, if ever he had made the Experiment, he would not have failed to have told such a remarkable Incident, which would have embellished his Story.»

Вот мой перевод:

«Прочитавший книгу маркиза Вустера [Имеется в виду книга «A Century of Inventions», напечатанная в Лондоне в 1663 году.] капитан Сэвери был первым, кто на практике поднял воду огнем и предложил этот способ для осушения шахт. Его двигатель описан в Словаре Хэрриса, (см. слово Двигатель), который, будучи сравнен с описанием маркиза Вустера, был просто заимствован оттуда. Это факт капитан Сэвери отрицал, и, чтобы лучше его скрыть, скупил все книги маркиза Вустера, которые он смог найти в Pater-Noster-Row [Это известный переулок книгопечатников в Лондоне] и в других местах, и сжег [Следует заметить, что в те времена книги стоили довольно дорого – если сравнить с сегодняшним днём, покупку одного тома можно сравнить с покупкой iPhon’а или iPad’а последней модели] их в присутствии некоего джентльмена, своего друга, который и сказал мне об этом. [Хорош был «друг» у капитана Сэвери, нечего сказать.

Да еще и джентльмен. «Сдал» друга в три секунды.]

Сэвери утверждал, что узнал про силу пара случайно, и даже придумал историю, чтобы заставить людей поверить в это. То есть: он выпил флягу флорентийского в таверне [А не в гостинице, как пишет профессор Комсток] и бросил пустую флягу в огонь, после чего потребовал таз с водой, чтобы вымыть руки. Заметив, что остатки вина заполнили флягу паром, он взял флягу за горлышко и погрузил отверстие в воду в тазу, и вода стала немедленно заполнять флягу под действием атмосферного давления.

Он не мог сделать этого никогда – ни тогда, ни умышленно провести такой эксперимент впоследствии, что я и доказываю:

Я провел такой Эксперимент преднамеренно, приблизительно с половиной стакана вина, оставленным во фляге, которую я держал над огнем до выкипания. Затем надел толстую перчатку, чтобы не обжечься, и погрузил отверстие под воду в тазу. Однако атмосферное давление было настолько велико, что с силой выбило флягу из моей руки, и бросило ее в потолок. Поскольку то же самое должно было произойти и с капитаном Сэвери, если бы он когда-либо проводил подобный эксперимент, то он не стал бы рассказывать про такой замечательный случай, украшающий его рассказ».

История, рассказанная Дезагулье, звучит довольно правдиво. И, как мне показалось, довольно близка к истине. Но… у меня сразу же возник ряд самых разнообразных вопросов. Мне было интересно знать, насколько достоверен опыт, проведенный самим Дезагулье? Единожды проведенный эксперимент еще не есть доказательство того или иного закона или явления. Вспомним, как монах ордена Минимов преподобный отец Марэн Мерсенн неоднократно стрелял из пушки в зенит, но все равно промахнулся с выводами, решив, что ядра зависают в небе.

А почему все указывают на тот факт, что вино было именно флорентийское? Лично я тогда еще не знал, из чего была изготовлена и как именно выглядела «aFlaskofFlorence», то есть бутылка для флорентийского вина. «Может быть, Флоренция славилась своими стеклодувами? – думал я. – Как, например, Венеция – своими зеркалами? Может быть, что-то особо специфичное было в флорентийских бутылках? Может, бутылки были известны своим изяществом и тонкими и прозрачными стенками? А, может быть, наоборот, флорентийское вино доставлялось из-за рубежа в бочках, а разливалось по каким-нибудь неряшливым бутылкам непосредственно перед подачей на стол? По таким бутылкам, которые и в огонь не жалко бросить? А какова была емкость этой фляги – бутылки? А что вообще представляет собой флорентийское вино? А каково в нем содержание спирта?»

Кроме того, вникнув поглубже в историю, узнав больше о жизни и деятельности как Томаса Сэвери, так и Джона Теофилиуса Дезагулье, я понял, что у «Джей-Ти» (как в фильме «Перекрёстки миров») были причины недолюбливать шахтёрского капитана, и поэтому эти его слова принимать на веру без проверки не стоит.

Суть моего опыта – установление истины. Я хотел определить, кому можно больше верить – капитану шахтёров Томасу Сэвери или Великому Мастеру масонской ложи Жану Теофиля Дезагулье ?

Но, даже не зная ответы на все эти вопросы, я мог вполне ответственно заявить, что полстакана вина, как говорит Дезагулье (полагаю, 50-100 мл) – это многовато для «остатков», которые можно было, не заметив, выбросить в огонь. Тем более если это вино – флорентийское, и, как я полагаю, в его стоимость входила и стоимость доставки из Флоренции – скорее всего, небольшим парусным кораблём из Средиземного моря – а это несколько дней пути.

Далее. Для того, чтобы наполнить бутылку горячими винными парами, достаточно жидкости в 800-1500 раз меньше, чем объем самой бутылки. То есть для заполнения паром бутылки объемом 0,7-1,0 литр достаточно 0,7-1,2 мл вина. Зачем Дезагулье в своём эксперименте налил аж полстакана?

Выпаривая же значительно большее, чем необходимо, количество вина, Дезагулье мог перегреть бутылку настолько, что она могла просто-напросто лопнуть у него в руках из-за резкого охлаждения при опускании ее в воду – и в этом виновато вовсе не атмосферное давление, а неравномерное охлаждение бутылки. Такие вещи происходят, когда в холодный стакан наливают кипяток или в ошпаренный кипятком стакан наливают холодную воду.

Так что «доказательство» Дезагулье меня не убедило. И я решил проверить это «доказательство» лично.

Вот мои доказательства:

http://youtu.be/F-68x7aZX2s

http://youtu.be/zmuXavfMerM

Как видите, никаких проблем с удержанием бутылки в руке у меня не возникло и в никакой «ceiling» моя бутылка (из мест, близких ко Флоренции) не летала. Правда, вместо «толстой перчатки» я пользовался обычными дешёвыми рабочими – по 8 рублей пара – но при этом должен заметить, что вполне мог бы держать горлышко бутылки голой рукой.

Так что можно констатировать факт – Великий Мастер масонов Дезагулье бессовестно солгал.

Есть еще целый пласт вопросов, связанных с этой историей про бутылку флорентийского вина. Версия Дезагулье о том, что капитан Сэвери сжег весь тираж, или хотя бы часть тиража книги Эдварда Сомерсета, маркиза Вустера, вызывает у меня ещё больше сомнений. Книга маркиза была издана в 1663 году, когда Тому Сэвери было около 13 лет. И вряд ли еще юношей Сэвери помышлял о славе изобретателя «огневой машины» и дивидендах, которые это изобретение может принести. Возможно, конечно, что книга маркиза Вустера не была бестселлером, но вряд ли большая часть тиража десятилетиями стояла непроданной на полках магазинов в Pater-Noster Row, ожидая того момента, когда капитан Сэвери, наконец, созреет до своего изобретения, и, лет через 30 после выхода книги в свет, устроит ей повсеместное аутодафе в присутствии своего «друга-джентльмена», личность которого Дезагулье так и не разгласил. 

Одно можно сказать с большой степенью достоверности – установить сейчас, истинна ли вся эта история, или это вымысел, легенда, сочинённая капитаном Сэвери, практически невозможно. Да, пожалуй, и не нужно. Если весь этот рассказ о недопитом флорентийском вине – «пуля, отлитая капитаном Сэвери», то надо признать, что он выстрелил значительно точнее отца Мерсенна, так как эта «пуля» достигла цели. Ведь эту историю стали преподавать в американских школах и академиях. Вот, например, один из вопросов для проверки знаний обучаемых из уже упомянутой книги профессора Дж.Л. Комстока, помещенный, как обычно, в конце главы:

What was the origin of Capt. Savary's idea of raising water by a vacuum?

(Как зародилась у капитана Сэвери идея поднять воду вакуумом?)

Предлагаю МинОбрНауки и лично министру Дмитрию Ливанову включить этот вопрос и ответ на него в ЕГЭ по физике.

P.S. Благодаря англоязычной Википедии я все же узнал, что такое флорентийская фляга (Florence flask), также известная как фляга для кипячения. Вот как! Вот к чему, оказывается, привело бросание пустых бутылок в огонь.

Это тип фляги, ныне используемой в качестве стеклянной лабораторной посуды, попросту говоря, колба. Она может использоваться для хранения химикатов. Обычно у флорентийской фляги круглое тело с одним длинным горлышком и с плоским основанием, благодаря чему она может стоять вертикально на плоской поверхности. Википедия утверждает, что «фляга названа так в честь Флоренции, одного из городов в Италии».

А вот и нет! Теперь-то мы знаем, что фляга так названа из-за своего содержимого, и стала известна благодаря капитану Сэвери, который провел потрясающую рекламную акцию этого изделия.

Кстати, традиционные флорентийские фляги обычно имеют небольшое утолщение, «губу» на самом горлышке – чтобы не выскальзывала из руки, когда вино разливают по фужерам. Так что это лишний повод усомниться в добросовестности масона Дезагулье.

Обычный размер флорентийской фляги – 1 литр. Тут я немного призадумался. Если история с флорентийским вином – правда, то, видимо, капитан Сэвери действительно был выпить не дурак. В одиночку – литр флорентийского…