Глава 1

Детство, учеба, годы становления

Роберт Гук родился 18 июля 1635 г. в местечке Фре-шуотер на о-ве Уайт, где его отец был настоятелем церкви Всех Святых. Остров находится в проливе Ла-Манш и почти примыкает к южному побережью Англии. Жители Уайта, прирожденные моряки, занимались тогда (впрочем, как и сейчас) главным образом рыболовством и садоводством. Напротив острова, как бы под его прикрытием, расположен важный английский порт Портсмут. Здес* уайтовцы и сбывали свою нехитрую продукцию.

Роберт рос тщедушным и хилым ребенком, и, как он пишет в своем дневнике, родители даже не надеялись, что он выживет. Отец мечтал сделать из Роберта священнослужителя. Однако мечты эти пришлось оставить из-за плохого состояния здоровья сына. Роберт и учиться начал относительно поздно: отец боялся перегружать больного ребенка. Занимались с ним мало, и он вряд ли получил в семье большие познания: он умел читать и писать, знал элементы счета и обязательные сведения из англиканского молитвенника. Правда, Роберт сам нашел себе занятие по душе — строил различные механические иг- \ рушки, рисовал, изготавливал модели водяных и ветря- ) ных мельниц, которые, к удивлению всех, работали. Как / видим, мальчик уже в детстве развил в себе талант изобретателя и страсть к самообразованию.

Однако Роберту ученичество не понравилось. Во-первых, он питал отвращение к запаху красок, а во-вторых, он считал, что не следует платить деньги за то, чему можешь научиться сам. Все же он пробыл у Лели около года и, во всяком случае, научился рисунку: это ему пригодилось впоследствии и как экспериментатору, и как архитектору.

В том же 1653 г. мы застаем Гука в Оксфорде, где он устроился хористом в церкви Христа. Как известно, Оксфорд сыграл важную роль в истории мировой науки. Здесь в конце XII в. возник один из первых европейских университетов, в котором имелись богословский, юридический и медицинский факультеты, а также факультет искусств, бывший чем-то вроде подготовительного для трех “старших” факультетов. В разное время здесь преподавали: Роджер Бэкон, Джон Дуне Скотт, Томас Мор; профессора Оксфордского университета внесли большой вклад в создание и деятельность Королевского общества.

Роберт Бойль родился в 1627 г. в Лисморе (Ирландия) в семье графа Ричарда Бойля. Первоначальное образование он получил дома, затем учился в колледже в Итоне. В 1639 г. отец отправил его в Швейцарию, Францию и Италию, где Бойль слушал лекции различных ученых. По возвращении на родину он получил после смерти отца богатое наследство. Бойль поселился в своем имении в Сталлбридже, занимаясь главным образом философией и теологией.

В философии Бойль был последователем Фрэнсиса Бэкона, противником схоластической философии и сторонником экспериментального метода исследования. Отдавая предпочтение опыту, он не любил рассуждать и поэтому редко делал теоретические выводы из своих многочисленных наблюдений. Исключением является его учение о строении вещества: этому вопросу Бойль посвятил несколько мемуаров. По его мнению, в природе существует абсолютно пустое пространство, в котором находятся материальные частицы различного вида, величины и формы. При этом атомы жидкости находятся в постоянном движении, а твердых тел — в покое. Промежутки между частицами заполнены тонким веществом. Изменения вещества Бойль объяснял соединением и разъединением атомов, предполагая, что при последовательном разложении тел можно найти элементы вещества. Важнейшим его достижением является закон сжатия газов, названный законом Бойля-Мариотта.

Бойль был человеком убежденным и все свое состояние употребил на исследование природы и на распространение религиозных христианских понятий. Нужно сказать, что в Англии в XVII в. все социальные движения имели реэко выраженный религиозный и даже конфессиональный оттенок. В стране шла ожесточенная борьба между последователями официальной англиканской епископальной церкви, пуританами и очень немногими сторонниками свободы вероисповедания. Католицизм был запрещен, его последователи не имели права занимать государственные и общественные должности, распространение католицизма каралось смертной казнью.

Непрерывная и многократная смена идеологий породила своеобразное противодействие: в Лондоне и в Оксфорде люди, настроенные отнюдь не скептически и по-своему глубоко религиозные, подобно Бойлю, уходят от сумятицы внешней борьбы к экспериментальной философии Бэкона.

Механика того времени — это основы динамики и учения о прочности материалов, разработанные Галилеем, исследования по динамике Гюйгенса, а все машиноведение сводилось к теории простых машин. Прикладной механики как науки не существовало, и различные механизмы и приборы, необходимые для экспериментирования, приходилось придумывать самому. Благодаря своим талантам Гук уже в 1655-1656 гг. приобретает в Оксфорде большую известность как выдающийся механик.

Как уже говорилось, Бойль занимался в те годы исследованием механики воздуха. По-видимому, к этой проблеме он пришел, изучая Бэкона, заявившего в “Новом Органоне” о необходимости изучения природы воздуха как среды, в которой происходят различные явления. Приблизительно с 1647 г. Бойль принимал участие в деятельности лондонской группы, занимавшейся изучением экспериментальной философии. По переезде в Оксфорд Бойль вошел в кружок Джона Уилкинса, о котором будет говориться ниже. Членов кружка объединяла приверженность к методологии Бэкона.

Френсис Бэкон, барон Веруламский (1561—1626),— основоположник и теоретик экспериментального метода в естественных науках — оказал существенное влияние на развитие английской науки, в особенности на становление и первоначальное развитие Королевского общества, первые сорок лет работы которого с правом называют бэко-новским периодом.

Френсис Бэкон был сыном Николаса Бэкона — известного законоведа эпохи Елизаветы Тюдор. Получив первоначальное образование под руководством своей матери, он в 13 лет, несмотря на слабое здоровье, поступил в Кембриджский университет, который и закончил в 1576 г. Он работал на дипломатической службе, затем после смерти отца (1579 г.) имел адвокатскую практику, одновременно усиленно занимаясь научной и литературной работой. В 1590 г. он был избран в парламент, выступал в роли обвинителя в деле графа Эссекса, что значительно повредило его репутации — ранее Эссекс был покровителем Бэкона. Позже Яков I Стюарт назначил Бэкона членом Тайного совета, а в 1617 г. он стал лордом-канцлером. Однако вскоре ему пришлось отвечать за неудачи правительства. Бэкон был лишен всех должностей и званий, и, хотя в 1624 г. приговор был отменен, он уже де возвратился к политической деятельности.

Успехи и падения не мешали научному творчеству Бэкона, в первую очередь разработке экспериментального метода. В 1597 г. Бэкон издал “Опыты или наставления нравственные и политические”. Это сочинение, объем которого увеличился почти в четыре раза, было переиздано в 1612 г. Вскоре оно было переведено на французский и итальянский языки.

По-видимому, еще в молодости Бэкон задумал громадное энциклопедическое сочинение “Великое восстановление наук”, в котором решил изложить свою мысль о том, как следует преобразовать науки, чтобы природа оказалась полностью подчиненной человеку. Он предполагал изложить свой труд в шести частях. Однако полностью написал лишь первую часть — “О достоинстве и усовершенствовании наук”. В ней говорилось о состоянии наук в эпоху Бэкона, доказывалась их несостоятельность и намечались пути совершенствования. По Бэкону, в соответствии с тремя способностями человеческой души (памятью, воображением и разумом) все науки следовало подразделять на историю, поэзию и философию. При этом он давал классификацию известных тогда научных отраслей.

Вторая часть труда — “Новый Органон”, посвященная изложению индуктивного метода Бэкона, оставалась незавершенной. Она издана в двух книгах: в первой опровергаются предрассудки, или, по терминологии Бэкона, “идолы”, вторая содержит афоризмы, причем в 21-м из них Бэкон называет девять тем, намеченных им для разработки. Третья часть — “Естественная и опытная история” — состоит из ряда незавершенных очерков, четвертая — “Лестница разума” — должна была содержать описание причин и следствий фактов, изложенных в третьей части. В пятой части — “О предварительных посылках философии” — Бэкон предполагал изложить свою натурфилософию и методологию.

Кроме этого сочинения, Бэкон написал еще много трактатов и статей, часть из которых остались неопубликованными. В 1627 г., уже после смерти Бэкона, был издан его утопический роман “Новая Атлантида”, изображающий идеальное государство, важнейшую роль в жизни которого играли науки. Свои надежды в деле преобразования общества Бэкон связывает с “Домом Соломона” — прообразом академии наук.

Гук познакомился с творчеством Бэкона, по-видимому, еще в студенческие годы и затем в период совместной работы с Бойлем стал убежденным сторонником и бэко-новского экспериментального метода, и его идей. В течение всей своей жизни он неоднократно вспоминал веру-ламского барона. В 1660 г. в Лондоне была издана книга “Новая Атлантида. Начата Лордом Веруламским, виконтом Ст. Элбанс, продолжена Р. Г. Эксвайром”. Со значительной степенью вероятности автором этой книги считают Гука \

В книге продолжается рассказ от имени “путешественника”, который был принят в Утопии ее правителем. Подробно описываются законы и обычаи страны, подчеркивается их гуманный характер и то уважение, которым в Утопии пользуются талантливые люди, в особенности те их них, которые изобретают нужные человечеству предметы. Как утверждает библиограф Гука Кейнз, в этой книге “нет ничего такого, что не мог бы написать Гук, но есть много точек подобия... между планами „Новой Атлантиды" и взглядами Гука, известными по другим источникам, в особенности с его энтузиазмом в те годы в отношении сотрудничества между наукой и литературой. Гук имел чрезвычайно живой ум и прекрасное образование; в 1660 г. ему было двадцать пять лет и, кроме того, он готовился к публикации в следующем году остроумного научного трактата „Попытка пояснения... сделанная Р. Г." Он глубоко восхищался Бэконом. В письме к лорду Броункеру он писал в 1672 году: „Я считаю, что нет иной вещи, которая так значительно ведет к прогрессу философии, как исследование гипотез с помощью экспериментов и планирование экспериментов гипотезами. В этом меня поддерживает авторитет несравненного Верулама". К концу книги гид Джо-эйбин приводит путешественника в “маленькое помещение в конце галереи”, в котором находилась “маленькая арка с редкостями”. Затем ему показали “селеноскоп для наблюдения Луны, звезд и новых планет и редкий микроскоп, в котором легко рассматривались глаза, ноги, рот, волосы и яйца сырного клеща, а также кровь, текущая в жилах вши”.

Последнее имеет особое значение в вопросе признания авторства Гука. Дело в том, что микроскопическое исследование сырного клеща и вши было выполнено именно Гуком и им впервые опубликовано лет через пять после выхода в свет “Новой Атлантиды”. Точно так же одним из изобретений Гука является селеноскоп.

За литературным трудом последовал научный. Вскоре после того, как Гук начал работать ассистентом Бойля, последний поставил перед ним задачу создания приспособления для отсасывания или сжимания воз-Духа. Именно такой воздух был необходим Бойлю для пневматических экспериментов. Воздушный насос был сконструирован и построен к 1658 г.

Эксперименты Бойля, проведенные с помощью насоса, не изменили общепринятого тогда представления о составе воздуха как смеси паров, взвешенных в эфире. Бойль уже утверждал, что воздух является “беспорядочной совокупностью испарений от различных тел, которые, хотя все и смешаны, образуя по своей малости и различным

Необходимо заметить, что наука XVII в. по сути своей отличалась от науки XVI в., когда основными методами ее развития были рассуждение и наблюдение. Новое столетие добавило к этим двум методам эксперимент, значение которого для развивающейся науки все возрастало. В Англии в начале века эксперимент был представлен его теоретиком Френсисом Бэконом, а во второй половине — его практиком Робертом Гуком.

Около 1660 г. Бойль обнаружил интересное явление: в системе сообщающихся сосудов жидкость в очень тонких трубках поднимается выше, чем в обычных. В 1661 г. Гук опубликовал мемуар, озаглавленный “Попытка пояснения феноменов, наблюдавшихся в одном эксперименте, опубликованном достопочтенным Робертом Бойлем”. Этот мемуар он включил и в свою “Микрографию”.

Гук рассматривает вопрос с двух точек зрения. Во-первых, его интересует, почему жидкость поднимается в тонких трубках. Во-вторых, он хочет знать, какие отношения существуют между жидкостью и контактируемым с ним веществом.

Гук объясняет это явление “природной гармоничностью”— свойством тел, благодаря которому они стремятся притянуться к другим жидким или твердым телам. Гармоничность включает не только “стремление подсоединиться”, но и “стремление продолжать оставаться в таком же состоянии”. Противоположным свойством является “антипатия”. Примером антипатии в природе могут служить вода и масло, которые стремятся “оттолкнуться” друг от друга. Другим примером являются вода и воздух. Так, капли воды в воздухе стремятся принять сферическую форму; то же самое явление наблюдается и с каплями воздуха в воде.

На основании изложенного Гук считает, что стекло и вода более гармоничны, чем стекло и воздух. Он формулирует два утверждения: неравные давления воздуха в двух трубках обусловливают поднятие в них воды на неравные высоты; именно таковым является положение в изучаемом случае.

Для доказательства первого утверждения Гук, заполнив водой U-образную трубку, изменял ее уровни в каждом из сообщающихся сосудов, нагнетая или отсасывая воздух в одном из них. В основу доказательства второго утверждения он положил факт уменьшения воздушного давления внутри трубок с одновременным уменьшением их диаметров. С этой целью он согнул стеклянную трубку (длиной около 3 футов) и вставил ее меньший конец в дно стеклянной колбы. Затем он ввел в верхнее отверстие колбы стеклянные трубки различных малых диаметров и заполнил их водой. Колба при этом оставалась пустой. Далее Гук стал вливать в нее через изогнутую трубку воду; по мере увеличения давления в колбе воздух через тонкую трубку начал выходить наружу.

Гук заметил, что чем шире оказывалась стеклянная трубка, встроенная в отверстие колбы, тем больше требовалось воды, чтобы вытолкнуть пузырьки воздуха через трубку наружу. Следовательно, вода сильнее, чем пузырьки воздуха, сцеплялась со стенками широких трубок. Отсюда давление воздуха, соответствующее капиллярности,

Несколько позже Гук провел еще два эксперимента, связанных с изменением давления в сплошной среде при прохождении через последнюю твердого тела. При этом он поставил перед собой задачу не только исследовать этот случай, но и определить, изменится ли вес сплошной среды при прохождении через нее твердого тела, и если да, то в какую сторону и на какую величину.

По мнению Гука, эксперименты, по-видимому, подтвердили аксиому, что каждое тело, “которое опускается или поднимается в сплошной среде, добавляет к ней столько веса или давления, сколько весит оно само, но не столько, сколько весит жидкость в объеме, занимаемом движущимся телом”. В описываемое время был уже хорошо известен закон Архимеда о теле, погруженном в воду и испытывающем с ее стороны давление, равное весу жидкости в объеме, занимаемом телом. Однако Гук нашел, что в его экспериментах дополнительный вес приходится на долю веса погруженного тела.

Из своих экспериментальных исследований Гук сделал несколько выводов. Во-первых, он утверждал, что испарения Земли давят на нее с одинаковой силой вне зависимости от того, поднимаются ли они или опускаются. Во-вторых, по его мнению, давление на стенки сосуда, содержащего жидкость, снижается, если в его нижней части открыть отверстие и дать жидкости возможность свободного истечения. Наконец, в качестве вывода из второго утверждения он считал, что давление на быки моста^ снижается в тех случаях, когда вода течет более спокойно. Ему представлялось, что законы горизонтального потока и законы падения воды с некоторой высоты идентичны.

Уже в самом начале творческого пути Гука увлекла проблема упругости тел. В сущности, к ней примыкают и его работы по гидростатике, хотя ученого больше интересовала проблема упругости воздуха, над которой он работал не менее 20 лет (с 1655 по 1678 г.). Почти одновременно Гук начал заниматься и механикой упругого твердого тела: к этим исследованиям примыкают его знаменитые работы по часовому делу.

Несомненно, что к “закону Гука” он пришел путем изучения названной проблемы и упругость воздуха стала первым этапом экспериментальных исследований Гука и его рассуждений. Если ограничиться только вопросами аэростатики, то его эксперименты продолжались 18 лет. Первый опыт он провел 2 августа 1660 г., спустя год повторил его, используя то же оборудование, а затем воспроизвел эксперимент. Результаты экспериментов он опубликовал в “Микрографии”. В 1678 г. он проделал эти опыты по требованию некоторых членов Королевского общества, которые отказывались верить тому, что сжатие воздуха в два раза требовало двойного давления, в три раза — тройного и т. д.

Трудно сказать, как Гук пришел к своим идеям относительно воздушного давления. Сама проблема воздуха казалась неразрешимой, и результат эксперимента, проведенного Торричелли, показал лишь, что воздушное давление изменяется с изменением высоты. Однако основываться на этом единственном твердо установленном факте было нелегко — ведь не были известны взаимоотношения между объемом, весом, высотой и давлением. В результате экспериментов удалось лишь установить, что по мере подъема воздух становился легче; следовательно, на высоте его было меньше.

Но существуют ли границы распространения воздуха и степени его разреженности по мере удаления от поверхности Земли? Гук не довольствуется рассуждениями и на эту тему, он хочет получить экспериментальные доказательства. Таким образом, его опыты по определению давления воздуха явились частью большой и глубоко задуманной научной программы. Забегая вперед, отметим, что, по-видимому, тогда у Гука зародились первые мысли относительно всемирного тяготения.

Гук предполагает, что давление воздуха на поверхность Земли равно 30 дюймам высоты столбика ртути. В этой связи его интересует вопрос: как высоко над Землей должен распространяться воздух для создания такого давления? Гук ссылается на Бойля, который установил, что отношение веса ртути к весу воздуха равно 14 000:1. Условно заменяя цилиндр с ртутью цилиндром с воздухом одинаковой с ртутью плотностью, Гук предлагает вычислить высоту последнего. Она будет равна примерно 7 милям (если считать, что в каждой из них по 5000 футов). Далее Гук предлагает разделить этот цилиндр на тысячу равных частей, по 35 футов каждая. Тогда, по его мнению, самая нижняя секция будет давить на Землю с полной силой, в то время как находящаяся над ней секция этой силой уже “обладать не будет, ибо ^вес воздуха в ней уменьшится на вес воздуха в нижней секции”. Таким образом, с увеличением высоты давление верхних секций на нижние будет уменьшаться.

Однако, продолжает рассуждать Гук, совершенно необязательно, чтобы секции имели одинаковую высоту, вдли исходить из выведенного выше отношения между есом и высотой в определенном объеме, то в действительности по мере уменьшения давления очередного стол, бика его высота увеличится. При этом суммарное давление, приблизительно равное давлению 30 дюймов ртути, остается неизменным. “Поскольку,— утверждал Гук,--давление, поддерживаемое 999-м [столбиком], так относится к давлению, поддерживаемому первым, как высота первого к высоте 999-го, из этого гипотетического расчета мы найдем, что воздух распространяется в бесконечность”,

Гук признает, что не доказал окончательно бесконечную протяженность воздуха над уровнем поверхности Земли, но он считает, что близко подошел к такому доказательству. При этом он весьма свободно обращается с формулой: давление X объем = константа, используя ее в виде вес X высота = константа. Однако эта формула сама по себе не ведет к желаемому результату: он не может уменьшить вес, чтобы увеличить высоту, ибо вес — это экспериментально определяемая величина, близкая 30 дюймам ртутного столба, а высота, как бы велика она ни была,— величина постоянная. Поэтому Гук и делит высоту на определенное число секций, уменьшая или увеличивая некоторые из них. Таким образом, суммарный вес в его расчетах — это сумма весов воздуха от 1—1000 секций, а суммарная высота — сумма соответственных им высот. В итоге следовал неожиданный вывод: “воздух на уровне моря — сжатый”.

Далее Гук переходит к механистическому пояснению некоторых атмосферных явлений.

Первое пояснение касается прохождения луча через атмосферу. Так как в действительности атмосфера не имеет слоев с явно выраженной границей, подобной той, которая, например, существует между водой и воздухом, можно предположить, что луч постоянно отклоняется от прямолинейного пути. С помощью этого факта, по мнению Гука, можно объяснить ряд атмосферных феноменов, таких, как красный цвет Солнца, цвета удаленных объектов на Земле, а также изменения формы объектов, видимых сквозь атмосферу. При этом Гук подчеркивает, что его объяснения — “это лишь предположения и они должны быть подтверждены наблюдениями такого рода, о которых я говорил в последнее время”. Следуя методике экспериментального исследования, предложенной Бэконом, Гук стремился унифицировать свои пояснения.

В совокупность явлений аэростатики, изученных Гуком, следует отнести и закон Бойля или, как он чаще называется, закон Бойля—Мариотта. Его доказательство поначалу не входило в намерения Гука, скорее всего, этот закон послужил ему ступенькой для изучения атмосферных феноменов. Но в таком случае по праву ли носит закон имя Бойля? На этот вопрос можно ответить однозначно: существует доказательство того факта, что Гук имел значительно большее отношение к созданию этого закона, чем это обычно предполагается. Оп первым доказал его, а возможно, и первым сформулировал.

Почему же все-таки закон получил имя Бойля, а не Гука, хотя сам Бойль признал авторство последнего? Как видно, потому, что опубликован он был в книге, на которой стояло имя Бойля. Бойль в этой книге ссылается на Гука как на автора закона, отнюдь не претендуя даже на соавторство. Закон Бойля—Мариотта в сущности является законом Гука, тем более что он лежит в основе всех дальнейших работ последнего в этой области.

Следует подчеркнуть, что это первое или одно из первых направлений научной деятельности Гука не было прямым и светлым. Иногда, придя к гениальным решениям, он затем впадал в ошибки, упорно доверяя своим экспериментам. Поэтому вопрос о научном росте Гука достаточно сложен и противоречив.

Впервые мы встречаемся с ним как с ученым в тот год, когда он начал свою работу в качестве лаборанта или, скорее, ассистента Бойля. Но тогда он уже был вполне сложившимся исследователем с чрезвычайно широким, энциклопедическим кругом интересов, ставших характерными для всего его научного творчества. К этому раннему периоду творчества Гука относятся его идеи о создании хронометра, навлекшего в дальнейшем на ученого большие неприятности. Одновременно с исследованиями по гидростатике он исследует явление капиллярности, проектирует пневматический насос, который оказался лучше того, который был у Отто ван Герике. Тогда же Гук начинает заниматься оптикой, микроскопическими исследованиями, пробует свои силы в литературном творчестве. Направленность его творчества — практическая, и как последователь Френсиса Бэкона он интересуется всем тем, что может быть полезным людям, притом незамедлительно: недаром перу Гука принадлежит практический устав Королевского общества!

Как уже говорилось, на становление Гука как ученого оказал влияние также Бойль. Но это влияние было взаимным: Гук консультировал Бойля по математическим вопросам, в которых был сильнее Бойля, и познакомил последнего с творчеством Декарта.

У Гука было несомненное художественное чутье. Оно проявлялось не только в его архитектурных проектах; он был прекрасный чертежник, рисовальщик и гравер. Пристрастие к рисованию было у него с детства. По словам Джона Обри, с помощью карандаша и мелков Гук недурно копировал различные картины и изображения. Затем уже в оксфордские годы он изучил черчение настолько, что выполненные им чертежи являлись для своего времени образцовыми. Гук сам иллюстрировал свою “Микрографию”, и его иллюстрации к ней настолько точны и художественны, что их перепечатывали в различных книгах по естествознанию вплоть до XIX в.

Гук много учился, но школу и затем университет посещал редко; по складу своего ума он предпочитал самостоятельную работу над книгой, хотя это и не помешало ему впоследствии стать хорошим педагогом. Однако самым любимым его занятием была несомненно механика, к которой относится, вероятно, большая часть его изобретений и над проблемами которой он работал с большим увлечением. Но механика принесла ему и самое большое горе.