Джордж Джонсон - Десять самых красивых экспериментов в истории науки

• Название: Десять самых красивых экспериментов в истории науки
• Автор: Джордж Джонсон
• Издательство: М.: КоЛибри, 2009. — 224 с.
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2009
• ISBN: 978-5-389-00586-0

В наше время научные открытия совершатся большими коллективами ученых, но не так давно все было иначе. В истории навсегда остались звездные часы, когда ученые, задавая вопросы природе, получали ответы, ставя эксперимент в одиночку.

Джордж Джонсон, замечательный популяризатор науки, рассказывает, как во время опытов по гравитации Галилео Галилей пел песни, отмеряя промежутки времени, Уильям Гарвей перевязывал руку, наблюдая ход крови по артериям и венам, а Иван Павлов заставлял подопытных собак истекать слюной при ударе тока.

_{Перевод опубликован с согласия Alfred A, Knopf, филиала издательской группы Random House, Inc.}

---

Пока непонятно, как Галилею удалось так точно измерить отрезки времени продолжительностью менее 1 секунды. Используя горшок для цветов и водяные часы, студент-выпускник Корнельского университета Томас Б. Сеттл пускал бильярдные шары по наклонной сосновой доске и сумел доказать справедливость закона квадрата времени. Однако он, как и Дрейк, сомневался в том, что при полном неведении можно было обнаружить эту зависимость с помощью такого примитивного инструментария. Дрейк посчитал, что метод Галилея был более совершенным и удивительным.

Он понял, что Галилею было не обязательно считать время так, как это делается сегодня, т. е. в секундах, полусекундах или в любых других удобных для него единицах. Нужно было лишь разделить время на равные отрезки, а это — талант, присущий любому хорошему музыканту.

«Дирижер оркестра взмахами дирижерской палочки отмеряет время с достаточно высокой точностью в течение продолжительного периода, не думая при этом ни о секундах, ни о других стандартных единицах, — писал Дрейк. — Он задает определенную периодичность, подчиняясь внутреннему ритму, причем может делить интервалы надвое не один раз с точностью, завидной для любого механического инструмента». Так же поступают и музыканты, и даже слушатели. «Если ударник позволит себе вступить в оркестре с опозданием всего на некоторую долю секунду, скажем, на 1/64 музыкального размера, то это заметят многие, и не только дирижер».

«Поэтому, — рассуждал Дрейк, — Галилей так и поступал: прежде чем пустить шарик по наклонной плоскости, он мог задавать ритм, исполняя простую мелодию*. Дрейк использовал в эксперименте гимн «Вперед, Христово воинство!» с темпом примерно два удара в секунду. Отпустив шарик на самом верху наклонной плоскости, он мелом отмечал положение шарика при каждом ударе.

Дрейку, как, наверное, и Галилею, в первый раз не удалось отмерить расстояния, но впоследствии он делал это с точностью примерно до полусекунды, отмечая, что расстояние, пройденное за одинаковые отрезки времени, увеличивается и что шарик катится вниз, ускоряясь, по определенному закону.

Теперь нужно было на каждой сделанной мелом отметке прикрепить кусок струны, наподобие передвижных ладов на лютне, на которой Галилей любил поиграть в свободное время. Дрейк для этой цели использовал резиновую ленту. Раз за разом скатывая шарик, Дрейк прислушивался к тому, когда тот ударяет по струнам, и менял положение струн таким образом, чтобы ритм ударов был одинаков, как у метронома, и в такт напеваемому маршу. Когда у него все получилось, положения струн точно показывали, какое расстояние удалось преодолеть шарику за каждый отрезок времени. Теперь осталось только измерить пройденное расстояние обычной линейкой.

Дрейк считал, что после того, как Галилею удалось установить закон, другим он показывал уже не сам эксперимент, а его упрощенный вариант, заранее разметив путь шарика на отрезки 1, 4, 9,16, 25, 49, 64 и используя водяные часы для обеспечения хронометража. Но это была уже демонстрация, а не эксперимент.

Почему Галилей не написал о своем первоначальном методе? Дрейк позволил себе предположить, что Галилео просто боялся показаться смешным: «Даже в те дни нельзя было заявить, не прослыв глупцом, что ты открыл закон, напевая песенку в то время, когда шарик катился по наклонной плоскости, причем справедливость закона удалось подтвердить довольно точно». Сегодня, спустя более трехсот лет со дня смерти Галилея, посетители Музея истории науки во Флоренции могут увидеть высохший палец, который поднимал шарик каждый раз, когда тот достигал конца наклонной плоскости и возвращал его в исходное положение для следующего спуска. Этот палец, зуб, пятый поясничный позвонок и еще два пальца сохранил один из поклонников Галилея, когда тело великого итальянца эксгумировали — через сто лет после захоронения, — дабы перенести на более почетное место. Хранящийся потомками как мощи святого в раке, этот длинный тонкий палец указывает вверх — так, словно приманивает к себе небо…

Палец Галилео

Глава 2 УИЛЬЯМ ГАРВЕЙ Тайны сердца

То, что осталось сказать о количестве и источнике крови, которая течет таким образом, относится к вещам столь новым и неслыханным, что я не только боюсь нанести себе вред, вызвав ненависть отдельных лиц, но и содрогаюсь оттого, что все человечество может превратиться в моего врага — настолько привычка и обычай стали нашей второй натурой. Однажды посеянная доктрина пустила глубокие корни и завоевала уважение в обществе, ибо старые воззрения всегда оказывают сильное влияние на людей. Но жребий брошен, и мне остается только верить в свою любовь к истине и беспристрастность просвещенных умов.

Уильям Гарвей. Движение сердца и крови у животных

Зародыш курицы, лежащий в контейнере с теплой водой, кажется крохотным облачком. Скорлупа аккуратно снята, и видно, как внутри бьется миниатюрное сердце — красная точечка с каждым сокращением то исчезает, то появляется вновь. Когда-то, в 1628 году, лондонский врач по имени Уильям Гарвей описал эту картину так: «Между видимым и невидимым, между бытием и небытием, если так можно выразиться, оно своим биением объявляет о начале жизни».

Возможно, никто и никогда до Гарвея не исследовал столько всевозможных сердец — сердца собак, свиней, лягушек, жаб, змей, рыб, улиток и крабов. У некоторых креветок, обитающих в океане и в водах реки Темзы, тело абсолютно прозрачно, и Гарвей со своими друзьями наблюдал за работой сердца — «словно через оконное стекло». Иногда он вынимал сердце и наблюдал, как замедляются его сокращения до тех пор, пока рука не почувствует последний удар.

От наблюдения к наблюдению Гарвей убеждался, что великий Гален, знаменитый врач гладиаторов и римских императоров, был не прав. Во II веке Гален писал, что в организме два вида крови, для каждой из которых есть своя сосудистая система. Вегетативная жидкость, которая является эликсиром питания и роста, производится в печени и курсирует по телу с помощью сетки синеватых вен. В то же время ярко-красная жизненная жидкость циркулирует по другой системе, в которую входит сердце и артерии; она приводит в движение мышцы и побуждает движение. (В мозге часть этой жизненной жидкости преобразуется в эфир, который течет по нервам.) Все жидкости насыщены невидимой пневмой — духами, которые с каждым вздохом поступают в организм через легкие, а потом достигают сердца через толстую трубку, называемую легочной веной. Спустя тысячу четыреста лет именно этому продолжали учить на медицинских факультетах в университетах Европы будущих врачей.

Гарвей начал постигать науки, вероятно, в Кембридже, когда в 1593 году поступил в колледж Гонвилля и Кая в возрасте шестнадцати лет. Доктор Джон Кай, в честь которого колледж получил свое название, был ярым сторонником Галена, а потому договорился, чтобы в анатомический театр колледжа ежегодно доставляли для иссечения и изучения анатомии тела двух казненных преступников. Помимо изучения риторики, классических наук и философии Гарвей знакомился с азами анатомии. Не исключено, что этот предмет его заинтересовал особо. Из Кембриджа он отправился в Падуанский университет, который считался тогда самой престижной медицинской школой в Европе.

Под защитой Венецианской республики университет мог чувствовать себя в определенной степени независимым от папских догм. Ко времени прибытия Гарвея там преподавал Галилей и знаменитый Иероним Фабриций — выдающийся европейский анатом. Каждый год, в октябре, в День святого Луки (поскольку трупы в холодную погоду сохраняются дольше) лекции по медицине начинались с торжественной мессы, после которой студенты рассаживались по ярусам анатомического театра, чтобы наблюдать за тем, как Фабриций и его ассистенты со скальпелями в руках начинали большое путешествие по внутренним органам человека.

Получив в 1602 году докторскую степень, Гарвей возвратился в Лондон, где женился на дочери Ланселота Брауна, королевского врача. Получив должность в больнице Святого Варфоломея, старейшей в городе, он начал врачевать. Среди его пациентов были Фрэнсис Бэкон, король Яков I и его преемник Карл I.

Хотя Гарвей выглядел тщедушным, его горящие темные глаза и волосы цвета вороного крыла производили на людей сильное впечатление. Английский литератор Джон Обри описывал его как вдумчивую, но холерическую натуру («Глядя на него, нельзя было не сказать, что человек — всего лишь проказливый павиан») и подмечал, что тот никогда не расставался с кинжалом. Такова была мода, признавался Обри, но «этот доктор не стеснялся обнажать кинжал при каждом удобном случае».