Ричард Роудс
Энергия. История человечества
Уголь заменял дрова, и его дым, густой, ядовитый, становился все более пагубным. С 1591 по 1667 г. объемы поставок угля в Лондон возросли с 35000 до 264000 тонн; к 1700 г. эта цифра почти удвоилась и достигла 467000 тонн[39]. Ископаемого топлива хватало на обогрев жилищ и поддержание роста английской промышленности, но в столице стало нечем дышать. В памфлете «Характер Англии» (The Character of England), опубликованном в 1659 г., состоятельный садовод и мемуарист Джон Ивлин, один из основателей научного Королевского общества в Лондоне, проклинал этот город.
Лондон, писал Ивлин, – город хоть и большой, но «чрезвычайно уродливый; в нем нет житья от наемных экипажей и заносчивых возниц, лавок и кабаков, шума и такого облака [дыма от] морского угля, что если и можно найти на Земле подобие ада, то именно в этом вулкане в туманный день: гибельный этот дым… разъедает самое железо и разрушает все, что движется, оставляя сажу на всем, до чего добирается; при этом он так пагубно впивается в легкие жителей, что в городе нет ни одного человека, которого пощадили бы кашель и чахотка. Я стоял в просторной церкви – и не видел священника из-за дыма, а голоса его не слышал из-за лающего кашля прихожан»[40].
Ивлин, человек мрачный и даже угрюмый, но жаждавший славы, не ограничивался жалобами. Пытаясь придумать, как очистить воздух, он принял назначение на должность одного из инспекторов лондонской канализации. А поскольку он интересовался садоводством и деревьями, в его изобретательном уме родилась идея выселить из Лондона промышленные предприятия и ароматизировать воздух городских районов цветущими растениями – так сказать, обратить вспять превращение древесины в уголь, хотя бы в местном масштабе. 29 мая 1660 г., в день своего тридцатилетия, на трон взошел король Карл II, а на Лондонском мосту выставили вымоченную в рассоле голову мятежника Оливера Кромвеля, насадив ее на заостренный шест. Этим закончилось семнадцатилетнее кровавое междуцарствие, омраченное цареубийством и гражданской войной, и мечта об освеженном и оздоровленном Лондоне, которую стремился осуществить Ивлин, опиралась в том числе и на вновь воскресшее в его душе чувство общественного порядка.
В посвящении, предварявшем его проект, Ивлин рассказывал королю, что однажды, когда он шел по Уайт-холлу, «бесцеремонный дым… так затопил дворец, что им заполнились и наводнились все залы, галереи и другие помещения, до такой степени, [что] люди едва могли различать друг друга в этом облаке, и никто не мог стерпеть этого без величайшего стеснения»[41]. Он добавлял, что уже уделил время размышлениям об этой проблеме, но именно «это пагубное происшествие» и «то беспокойство, которое оно, несомненно, причиняет Вашему величеству, равно как и вред Вашему здоровью» вдохновили его на написание этого проекта. Он дал ему величественное название «Fumifugium, или Об изъянах воздуха и рассеянного дыма в Лондоне» (Fumifugium: or, the Inconvenience of the Aer, and Smoake of London Dissipated). Корень fumi восходил к латинскому слову fumus (дым), а fuge – от латинского же fugo (изгонять)[42]: ср. «фумигация». Стремясь пробудить интерес короля, Ивлин утверждал, что его проект превратит дворец и весь город в «одно из приятнейших и прелестнейших обиталищ на свете, причем ценой малых расходов или вовсе без них»[43].
Ивлин дал следующее выразительное определение «чистого воздуха»: «прозрачный, свежий, плавно овевающий и приводимый в движение легчайшим мягким ветром; не слишком резкий, но умеренный по характеру»[44]. Таким и должен быть воздух Лондона, отмечал он: город построен на возвышенности, его гравийная почва «изобильна и богато орошаема… водами, образующими родники на каждой его улице». Лондон спускается к «приятной и ухоженной реке», и она унесет прочь промышленные отходы, а солнце рассеет их[45]. Ивлин считал главным виновником загрязнения лондонского воздуха не бытовое, а промышленное сжигание угля. Проблема не в «кухонных очагах», проницательно доказывал он. Нет, поистине губительный дым исходит «от пивоварен, красилен, печей, где жгут известь, от солеварен и мыловарен и от прочих частных ремесленных мастерских» – из тех же источников, на которые лондонцы сетовали еще со Средних веков. Когда они извергают угольный дым, «город Лондон скорее похож на склоны Этны, двор Вулкана, Стромболи или же окрестности преисподней». Их пагубный дым оставляет «сажевую корку или шубу на всем, до чего он достигает, повреждает движимое имущество, лишает блеска посуду, позолоту и мебель и рушит даже железные прутья и прочнейший камень всепроникающими и едкими ду́хами, сопровождающими его серу»[46].
Ивлин уверял, что загрязнение угольным дымом не только вредит лондонской застройке, но и несет болезни и смерть горожанам, «убивая их за один год больше, чем могло бы умереть за несколько столетий, дыши они свежим сельским воздухом». Те, кто переезжает в Лондон, обнаруживают «всеохватные перемены в своих телах, которые либо иссушаются, либо воспаляются; «телесные соки» их претерпевают раздражение и проявляют склонность к загниванию; их чувствования и потоотделение… чрезмерно затрудняются наряду с потерей аппетита и своего рода общим помрачением сознания». Однако те же приезжие быстро восстанавливают здоровье, вернувшись домой, что доказывает, что причиной их нездоровья является именно лондонское загрязнение. Для пущей убедительности Ивлин добавил: «Как часто слышим мы, как говорят (рассказывая о некоем покойном соседе или друге): “Он поехал в Лондон и подхватил там сильную простуду… от которой так уже и не смог оправиться”»[47].
Как же очистить растущий город – город, стоящий на пороге промышленной революции? Прежде всего, утверждал Ивлин, следует освободить Лондон от источников загрязнения: парламент должен потребовать их перемещения на пять или шесть миль вниз по Темзе, за Собачий остров, квадратную милю осушенного болота, вокруг которой река делает крутой изгиб, способный остановить распространение дыма[48]. Ивлин знал эти места – в 1629 г. их содержание поручили нескольким инспекторам лондонской канализации; в их числе был и он.
Переместив туда промышленные предприятия, жгущие уголь, – подобно тому как в наши дни перемещают заводы в пригородные промышленные зоны, – правительство могло очистить зараженный дымом воздух Лондона. Кроме того, прибавлял Ивлин, это дало бы работу «тысячам добрых лодочников», которые доставляли бы промышленные изделия вверх по реке, в город; а в самом городе освободились бы «дома и участки» с привлекательными видами на реку, и их можно было бы преобразовать в «доходное жилье, а некоторые – в благородные строения для полезного или приятного времяпровождения». (Видимо, реновация и джентрификация городов уходят корнями в далекое прошлое.) Стоит только убрать промышленность в пригороды, писал в конце своего труда Ивлин – и можно предотвратить пожары. Он полагал, что непреднамеренные возгорания возникают в «местах, где постоянно поддерживают такие сильные и чрезмерные огни»[49]. Действительно, в 1661 г., когда был впервые опубликован Fumifugium, Лондону оставалось всего пять лет до Великого пожара 1666 г., уничтожившего весь город в пределах старых средневековых стен. И пожар этот начался в пекарне.
Устранение из Лондона промышленности, сжигающей уголь, было лишь первой частью плана Ивлина по очищению воздуха от дыма. Вторая часть отражала опыт автора в разбивке садов. Он предлагал превратить все низинные участки, окружающие город, в поля, засадить их ароматными цветами и кустарниками, в том числе шиповником, жимолостью, жасмином, розами, испанским дроком, лавром, можжевельником и лавандой, «но прежде всего розмарином», запах которого, как считалось, слышен даже в море на сотню миль[50].
Между полями, окружающими город, он также предлагал посадить цветы и «грядки с фасолью, горохом», но «только не капусту, чьи гниющие и сохнущие стебли издают весьма неприятный и нездоровый запах». Цветущие злаки «явят свои достоинства», и их можно будет продавать в Лондоне; «отсеченные и обрезанные части» можно будет сжигать зимой в подходящее время, «чтобы над городом вился более благотворный дым»[51].
Но планам Ивлина не суждено было осуществиться. Карл II принял его на королевской яхте «Екатерина» в дни яхтенных гонок на Темзе, говорил с ним о проекте, сказал, что «решительно намерен предпринять что-либо по этому поводу», и даже попросил подготовить законопроект для представления в парламент. Ивлин его составил, но никаких мер так и не приняли. Король был слишком занят – распродавал монополии для поправки своего состояния – и не особо думал вкладывать средства в преобразования своей задымленной столицы.
В ноябре 1660 г. было основано Лондонское королевское общество, и одним из его учредителей стал Ивлин. Оно воздало должное трудам садовода и поручило ему в 1662 г. написать отчет о состоянии лесных ресурсов королевства. Его заказал Королевский военный флот, обеспокоенный все большей нехваткой крупных деревьев, необходимых для строительства и ремонта кораблей. Этот отчет, опубликованный в феврале 1664 г., стал самой известной работой Ивлина и получил название: «Sylva[52], или Трактат о лесных деревьях и распространении древесины во владениях Его Величества» (Sylva: Or, a Discourse of Forest-Trees and the Propagation of Timber in his Majesty’s Dominions). Более того, он оказался первой книгой, изданной Королевским обществом.
Еще много десятилетий англичане в основном обогревали углем дома. Новое топливо еще не приспособили для полезной работы. Жечь его до́ма было просто; применять в промышленном производстве – трудно и сложно. В домах вполне хватало лишь очагов с дымоходами. Промышленность требовала изменений в самой химии угля. Тем временем спрос возрастал, и вскоре поверхностные выходы «морского угля» истощились. До сих пор уголь получали из карьеров, выкопанных под открытым небом. Теперь его начали добывать из все более глубоких шахт с туннелями, и углекопы, проникая все глубже под землю, достигли водоносных горизонтов. Иные шахты осушали при помощи дренажных стоков, но шахты, слишком глубокие для дренажа, заполнялись водой, и их приходилось забрасывать. Простые технологии помогли перейти с древесины на уголь, когда оскудели английские леса. Но теперь уголь предъявлял новые требования – и обещал награду тем, кто придумает, как их удовлетворить.
Глава 2
Огонь поднимает воду
Чтобы добыть уголь, углекопам нужно было найти угольный пласт. Каменный уголь – спрессованные и обуглившиеся останки древних растений – залегал слоями почти под всей землей Британских островов; мощно в центральной части Англии – Мидлендсе, а мощнее всего – в окрестностях Ньюкасла. Там, где угольный пласт выходил на поверхность на береговом мысу или на склоне холма, уголь могли добывать прямо с поверхности, но такие легкодоступные месторождения быстро исчерпались. После них стали разрабатывать пласты неглубокого залегания: их было легко найти и легко использовать. Для этого либо выкапывали траншеи, либо снимали расположенный над углем слой почвы, либо рыли многочисленные ямы, формой напоминавшие колокол.
Уголь все активнее вытеснял дрова – им отапливали дома, на нем работала промышленность. А население Британии росло, и углекопы искали все более глубинные пласты. Толщина угольного пласта в Британии могла составлять от нескольких сантиметров до – в редких рекордных случаях – десятка метров. Под землей он мог залегать всего-то в паре фатомов – метрах в четырех, а то и меньше, – но порой до него оказывалось около 250 м. Иногда он шел параллельно поверхности земли, иногда – в гору или под уклон. Вода могла течь сквозь него или сквозь пористые породы, расположенные выше или ниже. Часто в таких пластах скрывались полости или каналы с ядовитыми или взрывчатыми газами.
Разведка пластов подразумевала проходку или бурение, а часто и то и другое. Для проходки рыли кирками и лопатами шахту – около 2 м в поперечнике, – над ней устанавливали ворот, чтобы поднимать выкопанную землю, а сверху натягивали холст для защиты от дождя. Углекопам мешали грунтовые воды и песчаные плывуны, поэтому ствол шахты иногда укрепляли брусьями, обмазав их для герметичности землей или глиной или же обернув неостриженными овечьими шкурами.
Труднее работалось со скальными породами. Камень требовалось бурить, для чего в земле сперва пробивали дыру в палец глубиной: это делали долотом, крепя его к концу последовательно соединенных стержней из кованого железа. Рычагом служил упругий шест: один его конец закапывали в землю и прижимали тяжелым камнем, середину шеста поддерживала рогатина – точка опоры, а свободный верхний конец позволял землекопу, вставив ноги в стремена, с силой давить – и железные стержни с долотом могли подниматься и опускаться.
После каждого удара угольщики поворачивали долото на четверть оборота, делая скважину круглой. Углубившись примерно на 15 см, стержни приходилось вытягивать, чтобы заново заточить долото и проверить, нет ли на нем следов угля; и это становилось все труднее – ведь скважина углублялась. Если ее забивала раскрошенная порода («обломки», как говорили углекопы[53]), скважину прочищали, вытянув прутья и прикрепив к ним вместо долота бур с винтовой резьбой. Пробурить твердую породу на метр в день считалось успехом. Глубинный угольный пласт порой могли искать год, а то и дольше, причем угольщикам повышали плату по мере того, как скрепленные стержни становились все длиннее, а работа – все тяжелее[54]. Если скважина доходила до угольного пласта, ее расширяли кирками и лопатами, превращая в шахту.
Пружинящая штанга. S.T. Pees and Associates.
Один из отчетов XVII в. о бурении в Йоркшире послойно описывает обнаруженные породы: «…в земле 1 ярд, в желтой глине 1 ярд, в черном сланце 1 четверть [то есть девять дюймов, или четверть ярда], в сером песчанике два ярда и две четверти, в черном песчанике 2 четверти, в сером камне 2 ярда, в крепком камне [то есть твердой темной породе, например в базальте] 1 четв[ерть], в сером песчанике 2 четв[ерти], в крепком камне фут, в сером песчанике фут, в железняке 6 дюймов», – и так далее, все ниже и ниже, сквозь последовательные слои, пока скважина не доходила наконец до угольного пласта толщиной в треть метра. «Всего, – так завершается отчет, – 21 фатом[55]», то есть 38 с лишним метров земли и камня с огромным трудом пробили долотом[56].
После открытия шахты ее непременно требовалось держать в сухости. Один викторианский специалист называет воду – и дождевую, которая просачивалась в ствол шахты, и подземную, поступавшую из глубинных потоков, – «первым злейшим врагом шахтера»[57]. Если поверхность земли у шахты опускалась ниже ее рабочего уровня, воду могли отвести в естественные стоки через узкую штольню, adit (от лат. Aditus – вход). По этим же штольням в шахту поступал свежий воздух. В шахтах с газовыми карманами такую естественную вентиляцию регулировали при помощи системы деревянных дверей. Поскольку площадь поперечного сечения таких штолен обычно составляла примерно 45×45 см, не больше, эти двери обслуживали дети, сидевшие до 12 часов в сутки в полной темноте: так тратилось меньше свечей или лампового масла в расчете на день. Пока парламент не принял реформаторский Закон о шахтах 1842 г., запрещавший работать в рудниках женщинам и детям младше десяти лет, под землей трудились целые семьи: мужчины кирками отрубали уголь от поверхности пласта; женщины оттаскивали его в плетеных корзинах, нося их на спине или же в железных или деревянных кадках, к которым пристегивали себя за пояс цепью; дети помогали перетаскивать уголь или занимались дверьми. Семьи должны были приносить свой инструмент; платили только за добытый уголь. Позднее, и на более крупных шахтах, уголь стали возить в вагонетках: в них запрягали пони, которые постоянно жили в подземных стойлах.
Не далее как в 1841 г. неграмотная семнадцатилетняя девушка Пейшенс Кершоу рассказывала на заседании парламентской комиссии об условиях, в которых она работала «таскальщицей», перемещая вагонетки с углем из забоя к стволу шахты:
Я захожу в шахту в пять часов утра, а выхожу в пять вечера; перед этим я завтракаю кашей с молоком; на обед беру с собой пирог и ем его на ходу; а так я ни минуты не отдыхаю, работаю все время, больше я ничего не ем, пока не вернусь домой, а тогда ем картофель с мясом, но мясо не каждый день. Я таскаю в той одежде, которая сейчас на мне, вот, в штанах и тряпичной куртке; проплешина у меня на голове появилась, когда я толкала вагонетки; ноги у меня никогда не опухали, а у [моих] сестер бывало, когда они работали на фабрике; я таскаю вагонетки под землей больше мили, туда и обратно; они весят по три хандредвейта[58]; за день я таскаю по одиннадцать штук; на работе я ношу пояс с цепями, чтобы вытаскивать вагонетки; забойщики иногда бьют меня руками, когда я недостаточно быстро работаю; они бьют меня по спине; мальчишки ко мне пристают; иногда они распускают руки; я единственная девушка на шахте; всего там десятка два мальчишек и полтора десятка мужчин; и все мужчины голые [иначе не выдержать жары и сырости]; я бы лучше работала на фабрике, чем в угольной шахте[59].
Газы в угольной шахте таили смертельную опасность. Шахтеры называли их damps от средневерхненемецкого слова dampf – пар, испарения. Немецкие шахтеры привезли в Англию свое мастерство и свою терминологию еще в Средние века. Рудничные газы образовывались под землей в ходе естественных химических и биохимических процессов. Шахтеры различали пять видов таких газов: «удушливые испарения» (смесь азота с углекислым газом), взрывчатый «гремучий газ» (метан), взрывчатые и удушливые «вонючие испарения», пахнущие тухлыми яйцами (сероводород), удушливые «белые испарения» (угарный газ) и удушливые «вторичные испарения» (смесь газов – угарного газа, углекислого газа, азота и других продуктов взрывов рудничного газа или угольной пыли)[60]. По мере удлинения и углубления шахт естественной циркуляции воздуха уже не хватало для их очистки. Порой проблема решалась так: на дне центрального ствола шахты – в так называемом устье, а если буквально, «оке» – разжигали и поддерживали огонь, который вытягивал воздух из штреков и выводил его вверх по стволу, как по дымоходу. Но взрывы случались часто и иногда ужасали.
«Случаи, когда людей выбрасывало из шахт, – пишет Роберт Галлоуэй, горный инженер Викторианской эпохи, – в ранние времена часто и даже почти регулярно сопутствовали взрывам любой силы на угольных шахтах»[61]. Один из самых впечатляющих таких случаев произошел в 1675 г. на шахте Мостин в Уэльсе, находившейся на реке Ди к юго-востоку от Ливерпуля. В 1640 г., когда эта шахта только открылась, шахтеры разработали систему удаления рудничного газа в начале каждого рабочего дня: одного отправляли в шахту впереди прочих, и он нес длинный шест с пучком зажженных свечей на конце, чтобы выжечь скопившийся за ночь газ. Такого человека называли «пожарником». Для защиты от огня он надевал поверх одежды пропитанный водой холщовый балахон. «Когда пламя, возгоревшись, мчалось под сводами шахты, – пишет Галлоуэй, – “пожарник” кидался на землю, лежал распростершись и ждал, пока огонь пройдет над ним»[62]. Днем шахту вентилировали, не давая метану скапливаться, а на следующее утро «пожарник» снова принимался за свою опасную подрывную работу.
К 1675 г. шахта Мостин разрабатывалась уже более трех десятилетий. Затем ее владельцы решили проложить новый шурф к параллельному угольному пласту, залегавшему ниже. Этот пятнадцатиметровый «слепой ствол», или гезенк, заполнился рудничным газом. При его поджоге, сообщает Галлоуэй, произошел взрыв «столь сильный, что это вызывало чувство немалой обеспокоенности»[63]. Но худшее ждало впереди.
Работы остановили на трое суток, после чего управляющий спустился к устью шахты, пытаясь придумать, как прогнать сквозь шахту достаточно воздуха и тем самым очистить ее от газа. Он взял с собой двух шахтеров. За ними пошли те, кто выкопал новый шурф. «Один из них, – говорится в отчете того времени, – бывший беспечнее других, прошел со своей свечой прямо над устьем шурфа, заполненного газами, отчего те немедленно воспламенились и хлынули по всем пустотам шахты, создав сильнейший ветер, непрерывно горевшее пламя и вместе с этим чудовищный рев». Шахтеры пытались укрыться в шламе, которым был засыпан пол, или за деревянными опорами, поддерживавшими своды. Рокочущая огненная волна прокатилась по шахте до самого конца, отразилась и с ревом ринулась обратно: «Она приблизилась, накатила с невероятной силой; ветер и пламя содрали почти всю одежду с их спин, опалили то, что осталось, обожгли волосы, лица, руки; удар от взрыва был столь силен, что иссек кожу так, будто их били розгами». Шахтеров, не сумевших укрыться, разметало по туннелю шахты, ударяя о свод, швыряя на опоры, лишая чувств[64].
Один из шахтеров, застигнутый взрывом, стоял рядом с устьем верхней шахты. Волна подхватила его, с ревом помчалась вверх по стволу, вырвалась из устья с грохотом артиллерийской канонады, и шахтер взлетел выше самых высоких деревьев – вернее, уже не шахтер, а его тело. Можно сказать, шахта выстрелила несчастным, словно пушечным ядром.
Но сложнее всего в ту раннюю эпоху добычи угля оказалось другое: отводить из шахт воду. Дождевые потоки стекают в ручейки, те впадают в ручьи побольше, ручьи питают реки, и вся эта вода, направляемая силой тяжести, непрестанно стремится все ниже и ниже – к морям. Около трети воды, выпавшей при любом дожде, впитывается в почву и просачивается вглубь земли. Рано или поздно эта вода встречает непроницаемые слои скальной породы. Она растекается по ним и течет вдоль скального пласта, находя трещины или проницаемые породы, и через них проникает дальше, до очередного водонепроницаемого пласта. Она просачивается, процеживается, растекается все шире, насыщает проницаемую породу и образует подземное водохранилище – водоносный слой. Чтобы построить колодец, нужно выкопать скважину достаточно глубокую, способную пройти под поверхность такого водоносного слоя: колодец наполнится до уровня этой поверхности – горизонта грунтовых вод – и будет наполняться заново при каждом заборе воды.
Шахты, расположенные на возвышенностях, могли осушать при помощи штолен. Но поверхностные угольные пласты истощались, отчего владельцы шахт вскрывали другие – более глубокие, уходящие под водоносные горизонты. И если такую шахту затапливало, требовалось либо откачивать воду, либо просто все бросать. Их и бросали, довольно часто, а потому технологии, которые позволили бы осушать такие шахты и поддерживать отвод воды для выработки угля, становились все желаннее. Галлоуэй называл отвод воды из шахт «величайшей инженерной задачей эпохи»[65].
Откачивать воду ветряными мельницами не получалось: английская погода славилась своей непредсказуемостью. Водяные колеса работали там, где хватало воды, но мощность потоков, как правило, изменялась со сменой времен года. К тому же лишь немногие затопленные шахты находились вблизи достаточно крупных рек. Сначала владельцы шахт запрягали лошадей в вороты – приподнятые над землей горизонтальные барабаны размером с колесо водяной мельницы: животные вращали их, ходя по кругу, и вращение ворота наматывало и разматывало крепкую веревку, проходившую через шкив в ствол шахты.
Конными воротами из шахты поднимали не только ведра с водой, но и корзины с углем. Правда, Галлоуэй говорит, что такая система давала мало, а стоила дорого: лошадей требовалось или покупать, или разводить, а значит – растить, кормить, содержать. «В некоторых случаях для подъема воды из одной-единственной угольной шахты использовалось целых пятьдесят лошадей», – что, по оценке Галлоуэя, стоило не менее 900 фунтов стерлингов в год (113600 фунтов, или 169000 долларов, в нынешних деньгах). Более глубокие шахты, которые не удавалось осушить при помощи одной только конной тяги, приходилось забрасывать. Затопленные шахты, потерянные средства, напрасные труды – все это открывало простор для изобретений.
Конный ворот. Источник неизвестен.
Почву для них подготовили научные открытия. О том, что атмосфера имеет вес, знали со времен опытов, поставленных в 1643 г. Эванджелистой Торричелли, учеником Галилея. Опыты Торричелли привели к изобретению ртутного барометра, который реагирует на смену атмосферного давления – то есть изменения плотности воздушного столба, расположенного над прибором. В 1654 г. прусский инженер Отто фон Герике продемонстрировал силу атмосферного давления в знаменитом эксперименте, публично поставленном в Регенсбурге в присутствии императора Фердинанда III. Фон Герике соединил два медных полушария в сферу, откачал из нее воздух и поместил ее между двух упряжек, в каждую из которых запрягли по восемь лошадей. Хотя полусферы прижимались друг к другу только силой атмосферного давления, конные упряжки так и не смогли разъединить их, как ни старались.
Отто фон Герике демонстрирует давление воздуха на вакуум
Друг фон Герике, математик-иезуит Каспар Шотт, включил отчет об этом событии (и впечатляющую гравюру, изображающую его) в книгу, которую опубликовал в 1657 г. В Англии об опытах, устроенных фон Герике, и о демонстрации прочел состоятельный ирландский натурфилософ[66] Роберт Бойль, сын графа Коркского, пытавшийся в это же самое время придумать, как создать вакуум в более крупном масштабе, нежели позволяла узкая стеклянная трубка барометра Торричелли[67]. Демонстрация фон Герике впечатлила Бойля, в отличие от лабораторной вакуумной системы. Фон Герике создавал вакуум в лаборатории, откачивая воздух из сосуда, установленного вверх дном в чаше с водой. Бойль хотел экспериментировать с вакуумом – например, посмотреть, что случится с горящей свечой, заключенной в вакуумный сосуд, по мере откачки воздуха, – а как это сделать, если в сосуд приходится проникать из-под воды?
Первый воздушный насос Гука и Бойля. Вынув пробку К, расположенную в верхней точке сферы, в сферу через отверстие помещают исследуемые материалы. Затем, снова закрыв пробку, вращением рычага отводят поршень С вниз по цилиндру А, откачивая из сферы воздух. Клапан L закрывают, что не позволяет воздуху опять заполнить сферу, и снова вращают рычаг в обратном направлении, продвигая поршень вверх. Когда поршень полностью войдет в цилиндр, клапан L вновь открывают, что позволяет откачать из сферы следующую порцию воздуха, постепенно увеличивая разрежение в ней
Хотя Бойль жил к тому времени в Оксфорде, он обратился к известному лондонскому производителю приборов Ральфу Грейтрексу и заказал работоспособный воздушный насос. Грейтрекс с заказом не справился. А потом один из оксфордских преподавателей химии представил Бойлю своего ассистента: молодого, но изобретательного Роберта Гука; тому в 1658 г. исполнилось двадцать три. Бойль привлек Гука к своей работе, и после нескольких безуспешных попыток создать устройство по чужим проектам Гук взялся за проект сам – и его насос работал. Этот прибор первого поколения, медленный и негерметичный, позволил Бойлю начать эксперименты.
Насос Бойля и его последующие опыты с вакуумом не только показали, что вакуум можно создать, изучить и выявить его характерные свойства (в нем гаснут свечи; он проводит свет, но не звук). Они проявили и силу давления воздуха: вес атмосферы, находящейся над нами и вокруг нас в нашей повседневной жизни. «В воздухе, в котором мы живем, – писал Бойль, – есть пружинная, или упругая, сила»[68]. Теперь возник следующий вопрос: как применить столь мощную силу в более крупном масштабе, вне лаборатории?
Эксперименты с использованием тепла для создания частичного вакуума проводились по меньшей мере с начала XVII в. В 1604 г. голландец Корнелиус Дреббель изобрел простой механизм, использующий огонь для откачки воды; впоследствии он привел его изображение в своей книге.
Устройство, описанное Дреббелем, состоит из реторты – металлического сосуда в форме тыквы, – подвешенной над огнем; горлышко реторты погружено в ведро с водой. Когда огонь нагревает реторту, содержащийся в ней воздух расширяется и выходит сквозь воду в виде пузырей. Если убрать огонь, то воздух, оставшийся в реторте, остывает, сжимается и создает частичный вакуум, – и тогда атмосферное давление внешней среды загоняет воду из ведра в горлышко реторты, скрытое под водой. Простой насос Дреббеля открывал широкие возможности. Его могли увеличить, доработать – и, скажем, качать им воду из рек, снабжая ею населенные пункты.
Дреббель, «статный мужчина с очень светлыми волосами… и человек весьма приятных манер»[69] – по описанию одного придворного, который с ним встречался, – изобрел еще много всего, от систем фонтанов до барометрического «вечного двигателя», демонстрации которого пользовались большим успехом у коронованных особ[70]. В 1605 г. он приехал в Лондон в качестве учителя Генриха Фредерика, принца Уэльского, старшего сына Якова I. Слава о его изобретательских талантах разошлась по всей Европе, и континентальные аристократы приезжали в Лондон только для того, чтобы увидеть его за работой. Когда Рудольф II, император Священной Римской империи, пригласил Дреббеля в Прагу, тому ничего не оставалось, как принять это приглашение, хотя сам он предпочел бы остаться в Англии. Но в 1612 г. Рудольф умер, и Дреббель уже никому не был ничем обязан. К несчастью, тогда же, в восемнадцать лет, умер от брюшного тифа и принц Уэльский. А через год Дреббель вернулся в Англию – на службу к Якову I.
Кое-кого забавляла поддержка, оказываемая Дреббелю королем Яковом I; «говорили, что этот вечный изобретатель так и не придумал ни одной вещи, польза от которой превышала бы ее стоимость». Одним из защитников голландского изобретателя был Константейн Гюйгенс, молодой голландский поэт и дипломат. Они с Дреббелем познакомились в Лондоне в 1621 г. Гюйгенс считал Дреббеля гением, равным великому англичанину Фрэнсису Бэкону. «При помощи глубочайших знаний, – восхвалял юный поэт своего соотечественника, – он создал замечательные механические устройства»[71].
Простой насос Дреббеля
Возможно, самым замечательным из них стала подводная лодка Дреббеля, первая в своем роде, – вытянутый водолазный колокол, который он продемонстрировал в 1620 г. на Темзе представителям Королевского флота. Дреббель взял гребную шлюпку, выбил из нее дно, оборудовал ее куполообразной деревянной палубой, герметизировал уключины и руль кожаными прокладками и покрыл всю лодку водонепроницаемой кожей. Лодка могла оставаться под водой по нескольку часов кряду, и есть основания полагать, что Дреббель знал, как химическим путем получать кислород из калийной селитры – нитрата калия – для восполнения в лодке запасов воздуха. Кислотный остаток нитратов (солей азотной кислоты) состоит из азота и кислорода[72].
