Впоследствии Бертолле завещал Гей-Люссаку свою шпагу. Это означало, что он выбрал себе достойного преемника.
С того времени жизнь Гей-Люссака представляла собой непрерывное движение по пути к высшей славе ученого и к высшему общественному положению.
1802 год стал счастливым для молодого ученого. Сначала он выступил на заседании Академии наук со своим первым научным сообщением: «Об осаждении оксидов металлов». Потом, независимо от английского естествоиспытателя Джона Дальтона (1766–1844), открыл закон теплового расширения газов.
Джон Дальтон
Этот закон теперь называется первым законом Гей-Люссака и формулируется так: при постоянном давлении объем постоянной массы газа пропорционален абсолютной температуре (или изменение объема данной массы газа при постоянном давлении прямо пропорционально изменению температуры). В отличие от Дальтона, сделавшего аналогичное открытие в 1801 году, Гей-Люссак первым продемонстрировал, что этот закон применим ко всем газам, а также к парам летучих жидкостей при температуре выше точки кипения.
24 августа 1804 года Гей-Люссак вместе с известным ученым Жаном-Батистом Био поднялся на воздушном шаре, чтобы определить температуру и содержание влаги в верхних слоях атмосферы. Подняться удалось на головокружительную высоту в 4 000 метров. Потом ученый решил повторить эксперимент, и парижане на все лады стали обсуждать этот план. Одни выражали недоумение, сможет ли ученый вернуться на землю, если его шар поднимется до Луны; другие были уверены, что шар в клочья раздерут орлы; третьи считали, что он «возгорится от звезд».
Утром 16 сентября на площади, откуда должен был взлететь воздушный шар, собралась громадная толпа. В девять часов веревки перерезали, и шар взмыл в небо. Раздались восторженные крики, Гей-Люссак помахал толпе своей треуголкой, и минут через двадцать «летающая лаборатория» скрылась в облаках.
После этого Гей-Люссака понесло юго-западным ветром к Нормандии. Обнаружив, что шар, как и во время первого полета, не поднимается выше 4000 метров, молодой ученый выбросил все свое снаряжение и поднялся на 5500 метров. Охваченный желанием побить и этот рекорд, он сбросил вниз еще и стул, на котором сидел, и шар взлетел до 7016 метров. По тем временам это был абсолютный рекорд, в который и сейчас весьма трудно поверить.
Полет Гей-Люссака и Био на воздушном шаре на высоту 4000 метров Обезумевший от радости Гей-Люссак начал поспешно записывать свои наблюдения: как оказалось, на высоте семь километров интенсивность земного магнетизма заметно не изменяется, а еще он установил, что воздух там имеет тот же состав, что и у поверхности Земли.
