После недолгой совместной работы Гюйгенс вполне оценил своего молодого помощника. Между ними установились самые дружеские отношения не только на работе, но и в частной жизни.

Голландский ученый, не имевший в Париже друзей, привязался к Папену и скоро предложил ему переехать в помещение при академии, где жил сам и где помещалась его лаборатория.

Папен убедился в том, что его первое впечатление о Гюйгенсе было ошибочно. Голландец, несмотря на любовь к роскоши, нарядам и побрякушкам, был настоящим ученым. Папен увидел, что Гюйгенс вовсе не так уж увлекается придворной жизнью, как показалось сначала. Общение с придворными и главным образом с покровительствовавшим Гюйгенсу первым министром Кольбером было для академика лишь средством добывания денег на научные работы.

Дени тоже привязался к своему учителю. Он научился понимать глубину замыслов Гюйгенса, на лету схватывал его идеи. Достаточно было Гюйгенсу заинтересоваться каким-нибудь предметом, как Дени самостоятельно отыскивал методы опыта и сооружал для него аппаратуру. Позднее он уже самостоятельно проводил ответственные исследования, и довольно скоро определились собственные научные интересы Папена. Он с головой ушел в опыты по «пневматике».

Занявшись изучением давления воздуха, Папен поставил своей целью отыскать быстрый и простой способ создания разрежения. Его увлекли опыты знаменитого немецкого физика Отто фон Герике над полушариями с выкачанным воздухом. Известие об этих «магдебургских полушариях», которые не могли разорвать двенадцать лошадей, быстро облетело всю Европу. Изучив насос, построенный Герике для выкачивания воздуха из полушарий, Папен принялся создавать собственный, более совершенный насос и очень быстро добился успеха.

Стало ясно основное направление работы Папена. Он не производил ни одного исследования, не делал ни одного опыта ради самого опыта. В каждом новом открытии Папен видел пока еще скрытую возможность его практического применения. Так, например, уже работая над своими первыми насосами, он мечтал о том, что, может быть, ему удастся таким путем создать машину, производящую полезную работу. Для этого он хотел использовать давление атмосферы. Он считал, что машина сможет поднимать тяжести, выкачивать воду…

Из опытов Торричелли, гениального ученика Галилея, из опытов Герике и Бойля, из наблюдений Гюйгенса и собственных исследований Папен уже знал, что воздух, окружающий землю, давит на нее с большой силой. Человеческое тело, например, испытывает такое давление, что, если бы оно не встретило изнутри противодействия такой же силы, человек был бы раздавлен в лепешку. Ведь стоило Герике удалить воздух из своих первых полушарий - и они были сплющены атмосферой, так как оказались недостаточно прочными. Торричелли с полной очевидностью доказал, что такое давление испытывает всякое тело. Он научился измерять это давление, а Папен был уверен, что можно научиться и управлять им. Для этого, по мысли Папена, нужно уничтожить противодавление, которое воздух оказывает самому себе. Иными словами, нужно научиться создавать пустоту. Тогда можно будет использовать огромную энергию, заключенную в атмосфере и пропадающую пока совершенно напрасно. Папену казалось, что добиться этого несложно.

Но действительность опровергла мнение Папена. Пришлось потратить два года на кропотливые опыты, прежде чем он мог прийти к сколько-нибудь удовлетворительным результатам. Описание своих работ Папен опубликовал в статье под названием «О новом опыте над безвоздушным пространством». Это было первым выступлением молодого ученого в печати. О нем узнал научный мир. Его работы обратили на себя внимание и заслужили похвалы естествоиспытателей новой школы. Научные связи Папена значительно расширились: он стал переписываться со многими учеными. В переписку с ним вступил сам Лейбниц. Этот замечательный ученый и философ приобрел к тому времени мировую славу. К мнению Лейбница очень прислушивались, и то обстоятельство, что он избрал своим корреспондентом Папена, сильно подняло авторитет Дени.

В самый разгар работ Дени над воздушным насосом, когда он искал наилучшие формы прибора, Лейбниц подал ему мысль использовать систему, ставшую потом известной всему миру под именем «поршня и цилиндра». Папен сразу оценил эту блестящую идею. Он немедленно бросил все остальное и принялся за осуществление такого прибора.

Он взял вертикальный пустотелый цилиндр B, закрытый снизу, и второй цилиндр A, внешний диаметр которого был равен внутреннему диаметру цилиндра B. При попытке вдвинуть второй цилиндр в первый Папен увидел, что это очень трудно, что нужно приложить большое усилие, чтобы продвинуть его хоть немножко. Находящийся в первом цилиндре воздух сопротивлялся движению поршня. Этот поршень как бы плавал на поверхности воздуха, заключенного в цилиндре. Но как только Папен открыл кран, поршень стал опускаться. Доведя его до дна цилиндра и закрыв кран, Папен убедился, что теперь поршень очень трудно вытащить обратно. Наружный воздух давил на него с огромной силой. И только когда Папен снова открыл кран, давление над поршнем и под ним уравновесилось, и поршень удалось свободно вынуть.

Проделав этот опыт, Папен стал обдумывать, как же использовать построенный им прибор. Он хотел заставить атмосферное давление работать. Вскоре он придумал приспособление, состоявшее из блоков, шнура и нескольких гирь. Перекинув шнур через блоки и прикрепив его конец к поршню A, Папен стал выкачивать из цилиндра воздух. И как же обрадовался он, когда увидел, что с удалением воздуха поршень опускается и тянет за собою шнур! На шнуре стали подниматься гири. Нужная Папену схема была найдена.

Следующей его задачей было отыскать способ быстро удалить воздух из-под поршня. Он понимал, что его аппарат может иметь практический смысл как машина для поднимания грузов только при условии, что движения поршня вверх и вниз будут чередоваться быстро.

Очень много времени ушло на попытки усовершенствовать воздушный насос, но Папену так и не удалось добиться сколько-нибудь удовлетворительных результатов. Выкачивание воздуха из-под поршня производилось очень медленно. Потеряв надежду повысить таким способом скорость поднятия груза, изобретатель пустился на хитрость. Он решил, что в случае надобности можно будет пустить в ход несколько таких машин и зацеплять ими груз по очереди. А чтобы каждая машина в отдельности быстро поднимала груз, он устроил наверху цилиндра особое приспособление. В своем верхнем положении поршень задерживался задвижкой. Воздух выкачивался из цилиндра, под поршнем образовывалось разрежение, а он все-таки оставался наверху. Когда воздух был, по мнению Папена, выкачан весь, изобретатель вынимал задвижку. Под давлением атмосферы поршень, не испытывающий сопротивления воздуха изнутри цилиндра, стремительно падал, и груз быстро поднимался. Цель Папена была достигнута, и он с гордостью продемонстрировал свое изобретение Гюйгенсу, от которого до того скрывал свои опыты.

Академик пришел в восторг от выдумки помощника. Он сбросил камзол и стал возиться с прибором. Раз за разом выдергивалась задвижка, поршень падал, и гири устремлялись кверху. Ученые радовались, как дети. Было решено немедленно приступить к постройке подобного аппарата больших размеров. Папен думал, что может торжествовать победу над Гюйгенсом, - ведь голландец мог теперь убедиться в том, что научное открытие, сделанное в его же лаборатории с чисто научными целями, можно использовать и на практике! Папену уже рисовались самые заманчивые картины. Он представлял себе, как на строительных работах рабочие, вместо того чтобы таскать камни и доски на спинах, будут поднимать их подобными машинами; он уже подумывал об устройстве «атмосферического» копра для забивки свай.

Гюйгенсу ничего не оставалось, как согласиться с необходимостью приступить к постройке большой машины, чтобы показать ее ученым и придворным.

Работа закипела.