Гюйгенс посоветовал своему ученику попытать счастья с газами, образующимися от сгорания пороха. Горячие газы занимают большое пространство, а охлаждаясь, значительно уменьшаются в объеме. Гюйгенс считал, что таким образом можно получить вакуум, хотя бы и не очень глубокий.
Папен принял совет учителя и построил для своих опытов пороховую машину, состоявшую из железного цилиндра и поршня. Папен рассчитал, что если он зажжет под опущенным к дну поршнем щепотку пороха, то поршень отскочит вверх, а пространство под ним займут горячие газы. Когда они остынут и уменьшатся в объеме, в цилиндре получится разреженное пространство, некоторый вакуум, и атмосферное давление заставит поршень с силой опуститься.
Все это Папен рассчитал правильно и хорошо, но на первом же опыте при взрыве пороха поршень вовсе вылетел из цилиндра, несмотря на задвижку, которая должна была удержать его.
Такого человека, как Папен, подобная неудача не могла остановить, но он отложил опыты, и на очень долгое время. Ему и Гюйгенсу пришлось неожиданно покинуть Францию.
Религиозные верования Папена и Гюйгенса отличались от религиозных убеждений короля и большей части дворянства, а французское правительство готовило в это время очень суровый закон, преследовавший противников государственной религии. Из Франции пришлось бежать многим протестантам, в том числе и Гюйгенсу со своим учеником.
Гюйгенс возвратился на родину, а Папен отправился в Англию, где у самого короля имелась химическая лаборатория. Папен надеялся, что не останется там без дела.
В Англии французский изгнанник прежде всего обратился к одному из основателей Королевского общества, Роберту Бойлю.
Жизнь Бойля проходила в научных занятиях. В его имении, в Солбридже, где он жил, находились и лаборатории, открытые для всех научных деятелей. Бойль не отличался хорошим здоровьем и почти никуда не выезжал из своего поместья, да, пожалуй, и не выходил из своих лабораторий. Но Папена он знал, так как сам много занимался опытами с безвоздушным пространством, о которых, как и Папен, написал книгу. Узнав о горестном положении французского изгнанника, Бойль предложил ему место своего помощника.
В продолжение трех лет Бойль и Папен работали вместе. Они занимались главным образом изучением свойств водяного пара. В результате этих занятий Папен устроил своеобразный паровой котел, названный им разваривателем. Теперь его называют «папенов котел». Это толстостенный железный сосуд с плотно привинчивающейся крышкой. Образующийся при кипячении воды пар не может выходить из такого котла наружу, благодаря чему в котле получается очень сильное давление пара, а температура значительно превышает обычную температуру кипящей воды.
Температуру в котле Папен измерял временем, в течение которого испарялась капля воды, помещенная в специальном углублении на крышке котла. Соответственно со скоростью ее испарения он определял силу давления пара в котле. В своих сочинениях Папен указывает, что если, например, капля высыхает за восемь секунд, то это значит, что давление в котле достигает десяти атмосфер.
Такое высокое давление могло разорвать котел, но Папен придумал предохранительное приспособление. Он сделал в крышке котла отверстие, закрывающееся металлической пробкой. Чтобы пар не выбивал пробку, ее прижимал рычаг с грузом на конце. Если давление пара в котле увеличивалось, угрожая взрывом, пробка поднималась под напором изнутри, и пар выходил наружу. Чем выше требовалось давление, тем ближе к свободному концу рычага сдвигался груз.
Этот предохранительный клапан Папена — самое остроумное устройство в его котле. И до настоящего времени такой клапан имеется на каждом паровом котле, хотя и изобретен более двухсот пятидесяти лет назад.
В папеновом котле, где вода нагревается до очень высокой температуры, мясо отстает от костей, а кости развариваются в студень. Сейчас такие котлы и применяются для варки костей.
Папен, показывая свой развариватель членам Королевского общества, угостил их ужином, для которого все блюда приготовил в разваривателе, на глазах у ученых.
Что это было за угощение, можно судить по описанию одного из таких кушаний в книге Папена: «Новый котел для разваривания костей», изданной в 1681 году. Это второй ученый труд Папена.
«Я брал бычьи сырые кости, — пишет он, — и высушивал их долгое время, выбирая из самой твердой части ноги. Положив их в небольшой стеклянный сосуд с водой, я помещал все это в свою машину и доводил огонь до десяти давлений, после чего в сосуде оказывался превосходный студень, без вкуса и цвета. Сдобрив его сахаром и лимонным соком, я ел его с превеликим удовольствием и находил полезным для здоровья».
Это изобретение дало возможность Папену стать членом Королевского общества и приобрести уважение англичан. Но французский изгнанник был вспыльчив, высокомерен и не умел ладить с английскими джентльменами. Из всех сделанных им в это время знакомств осталась прочной только дружба с Лейбницем, немецким философом и ученым, навестившим Бойля во время поездки по Англии. Лейбниц оценил молодого помощника Бойля, а Папен, несмотря на то что Лейбниц был всего на год старше его, отнесся к нему, как к учителю, и в таких отношениях они остались на всю жизнь. Переписка их не прекращалась, и из этой переписки можно видеть, как в затруднительных случаях Папен нередко обращался к своему немецкому другу за помощью и советом и как много идей подсказал ему Лейбниц.
Как только Папен приобрел некоторую известность благодаря своим научным трудам, опытам и изобретениям, он стал получать приглашения от иностранных академий. В Лондоне материальное положение Папена было не так уж хорошо, и он принял приглашение Венецианской академии наук.
Живой, непоседливый, жаждавший новизны и деятельности, молодой академик недолго прожил в Венеции. Одним почетом питаться было невозможно. Маленькое государство бедствовало, лаборатории академии были обставлены плохо, оценить труды Папена никто здесь не мог. Через три года он вернулся в Англию.
Надо сказать, что, как всякая мода, общее увлечение естествознанием уже проходило. Ученым, не владевшим родовыми поместьями, жилось все хуже и хуже. Лорды и графы, имевшие огромные состояния, конечно, могли беззаботно продолжать научные опыты в собственных замках, но Папену, о котором в Англии уже успели позабыть, пришлось прежде всего позаботиться о том, где, как и на что жить.
Подобно своим великим современникам Декарту, Ньютону, Лейбницу, Гюйгенсу, Папен оставался холостяком. Считалось, что научные занятия нельзя совместить с семейной жизнью, с заботами о жене, о детях, о куске хлеба. Однако на ничтожное жалованье, назначенное Папену Королевским обществом за демонстрацию опытов на заседаниях, оказалось трудно жить в Лондоне и одинокому человеку. Нужда не менее, чем деятельная натура, подгоняла Папена, и он с излишней поспешностью представил Королевскому обществу какую-то вновь изобретенную машину.
Демонстрация машины окончилась полнейшей неудачей. Папена высмеяли. Насколько он заслужил это, теперь трудно сказать, так как Папен машину уничтожил, а сведений о ней не сохранилось.
Пораженный своими неудачами в Лондоне, он отправился в Германию и тут, по рекомендации Лейбница, занял кафедру математики в Марбургском университете.
В Марбурге на первых порах, пока еще он из-за своей вспыльчивости, резкости и высокомерия в спорах с людьми, осмелившимися ему возражать, не нажил себе врагов, Папен мог работать довольно спокойно. А так как все мысли его в это время сосредоточивались главным образом на оставленных парижских опытах с пороховой машиной, то он и принялся снова за осуществление своей старой идеи.
Надо заметить, что опыты Папена не преследовали никаких практических целей. Ученый лишь хотел доказать всему миру, как он прав, утверждая, что при помощи атмосферного давления можно заставить поршень совершать полезную работу в цилиндре. То было время экспериментальной физики, когда ученые изучали природу и ее законы, производя всевозможные опыты. Прежние наивные религиозные верования сменялись научным знанием законов физики, а знания давались опытом и размышлениями.
Да и откуда, каким образом могла прийти Папену мысль о практическом назначении задуманной им машины?
Жизнь шла неторопливо, потребности у людей того времени ограничивались самым необходимым. Земледельцы зимой становились ремесленниками, а ремесленники не бросали земли. Городское население было малочисленно. Фабрик и заводов не существовало. Прядильщики, ткачи, кузнецы, кожевники, гончары, сапожники, мастера всякого рода работали дома, обходясь силой своих рук. Тяжелый мельничный жернов вращали ветряные крылья и водяные колеса. Для других тяжелых работ, например у доменных печей для приведения в действие мехов, подающих воздух в домну, также использовали силу падающей воды.
