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.}

---

Наконец рассмотрим, как венозная кровь может попадать из принимающей ее правой части сердца в левую. Гарвей уже установил, что через перегородку тока крови нет. Остается только один возможный путь — легочная артерия, соединяющая правый желудочек с легкими. По этому сосуду не воздух опускается вниз, а кровь поднимается вверх. Рассеянная определенным образом по губкообразным легочным тканям жидкость выходит через легочную вену, которая ведет к левому сердечному ушку. Теперь напрашивается только один вывод: правая сторона сердца прокачивает кровь через легкие, а левая часть — через тело.

Нужно сказать, что и до Гарвея эта мысль посещала светлые головы. Веком раньше испанский теолог и врач Мигель Сервет рассуждал о легочной циркуляции в религиозном трактате: «Как по воле Господа от воздуха краснеет кровь, так же Христос побуждает Дух сиять». (Его анатомические аргументы являлись частью нападок на Троицу, из-за чего, в конце концов, протестанты сожгли его на костре.) Продолжая эту тему, Реальд Коломбо, ассистент Везалия, отмечал, что возвращающаяся из легких жидкость была ярко-красной, из чего он делал вывод, что «оживление» жидкости происходит в легких, а не в сердце. Но на главный вопрос пришлось отвечать все-таки Гарвею: если правая часть сердца прокачивает кровь через легкие, которая затем поступает в левую часть, и если левая часть направляет кровь в артерии, то что тогда происходит с артериальной кровью, когда она достигает своего назначения, и откуда постоянно прибывает венозная кровь?

У сторонников Галена был ответ: оба типа крови постоянно создаются в результате поглощения пищи и расходуются на рост и движения тела. Гарвей решил произвести расчеты. В процессе анатомических исследований он обнаружил, что левый желудочек может вмещать не менее 50 граммов крови, лишь часть которой — скажем, 15 граммов, — прокачивается за каждый удар сердца. Поэтому за одну тысячу сердечных ударов (для среднего человека это составляет около 15 минут) сердце должно прокачать 15 литров или в несколько раз больше, чем общее количество крови в организме. Если брать вес крови, то сердце должно перекачивать более тонны крови за сутки. А для этого нужно много есть и много двигаться.

Поэтому родилась совершенно новая гипотеза: когда кровь, прокачиваемая левой частью сердца, достигает самого конца артерий, она подхватывается венами и возвращается в сердце. Другими словами, кровь в организме циркулирует.

В подтверждение своих слов он привел прекрасный пример.

Если вскрыть живую змею, то можно будет увидеть, как ее сердце медленно и четко пульсирует более часа, двигаясь, как червь, — т. е. сокращаясь в продольном направлении (поскольку у него вытянутая форма) и придавая движение содержимому. Во время систолы оно бледнеет, а во время диастолы становится темно-красным.

Используя зажим или большой и указательный пальцы, пережмем главную вену, или vena cava, перед самым сердцем. Объем после преграды быстро лишается крови, а сердце бледнеет и уменьшается в размерах, его ритм замедляется настолько, что кажется «будто оно вот-вот умрет». Разожмите вену, и сердце снова наполнится кровью и вернется к жизни.

Затем пережмите или перевяжите главную артерию там, где она выходит из сердца. Выше препятствия пространство начнет «необычно разбухать и приобретать темно-красный или даже багровый оттенок. В конце концов, оно настолько переполнится кровью, что появится впечатление, что оно скоро задохнется». И в этом случае при снятии преграды сердце восстанавливает нормальную работу.

Дело закрыто, как это и должно было случиться.

Теперь другие, вооруженные микроскопом, должны показать, что крохотные капилляры в человеческом теле соединяют артерии и вены между собой, и определить роль осмотического процесса, который позволяет крови преодолеть этот водораздел. По крайней мере, Гарвей предоставил всем сомневающимся возможность самим убедиться в правоте своей теории. Плотно перевяжите верхнюю часть руки. Выше повязки, в той части руки, которая направлена к сердцу, артерия надуется. Ниже, по направлению к кисти, разбухания не происходит. В то же время кровь в венах ниже повязки, столкнувшись с препятствием, приведет к напряжению вен, а вены выше повязки станут мягкими. Слегка ослабьте повязку, чтобы она блокировала только вены, но не артерии, и вы тут же почувствуете прилив крови в нижней части руки.

Сосуды на руке человека Из труда Гарвея «Движение сердца и крови у животных»

Тем не менее ему почти никто не верил. Даже многие годы спустя ему всё так же приходилось отстаивать свою теорию от нападок «клеветников, фигляров и писак». По его собственному признанию, они травили его, как злые собаки, и утешало лишь то, что «они не кусались, не могли заразить своими насмешками и не по их собачьим зубам были кости и мясо истины».

В 1642 году, когда в Англии разразилась гражданская война, Гарвей из-за всех его связей с королевским домом оказался среди проигравших. Дом его был разграблен, а значительная часть научных трудов — уничтожена. В отличие от своего короля он пережил эту смуту и умер через пятнадцать лет вполне состоятельным человеком. Как впоследствии вспоминал его друг Обри, он часто повторял: «Ни одно несчастье в жизни не сравнится с потерей моих бумаг, которые мне не вернуть ни за какие деньги».

Глава з ИСААК НЬЮТОН Что такое цвет

Правда в том, что Естествознание слишком долго оставалось полем деятельности Мозга и Воображения; ему уже давно пора вернуться к простоте и убедительности Наблюдений того, что материально и очевидно.

Роберт Гук. Микрография

При подходе к гробнице Исаака Ньютона нельзя не задержать взгляд на линиях огромного пространства сводчатого мраморного потолка и на массивных опорах, которые не дают этому потолку подчиниться законам тяготения. Такой же тяжелой кажется и тишина, нарушаемая только эхом ваших шагов, когда вы поднимаетесь по лестнице к урне с прахом великого ученого.

Только теперь вы заметите луч света. Входя через крохотное отверстие примерно в шести метрах от уровня пола, он под углом попадает на зеркало, вмонтированное в декорированную стойку, и отражается от него. Затем луч пересекает помещение, проходит через призму и распадается на последовательность цветных лучей, хорошо известных в природе: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый.

Этот пантеон существует только на картине «Аллегорический памятник сэру Исааку Ньютону» кисти венецианского художника Джованни Баттиста Питтони. Полотно было написано в 1729 году сразу после смерти Ньютона. (На самом деле великий ученый похоронен в Лондоне, в Вестминстерском аббатстве.) Памятник Ньютону — весьма неожиданная тема для Питтони, более известного своими композициями на религиозные и мифологические темы («Святое семейство», «Принесение в жертву Поликсены»). Но эта его картина необычна еще и по другой причине.

Ньютон прежде всего прославился (как и Лейбниц) благодаря открытию дифференциального и интегрального исчисления (метод производных), которое помогло сделать то, что не сумел сделать Галилей, а именно: показать, каким образом ускоряется объект за каждый из бесконечно малых отрезков времени. В своем выдающемся труде «Принципы математики» (Principia Mathematica) он описал движение небесных сфер и показал, что одна и та же сила гравитации заставляет падать яблоко и удерживает планеты вокруг Солнца. Но на картине Питтони отдавалось должное Ньютону не как теоретику, открывающему новые законы на бумаге, а как великому экспериментатору.

В 1665 году, когда Ньютон только закончил Тринити-колледж в Кембридже, разразилась Великая чума, заставившая людей бежать куда глаза глядят из больших городов. Оказавшись на родительской ферме в Вулсторпе, Исаак все свое время отдавал занятиям математикой и теорией движения, а также размышлениям над природой цвета и света.

Платон и отдельные досократики верили в то, что пучки света, излучаемые глазами? могут осветить весь мир. Аристотель, отвергавший эту идею, учил, что цвета — это смесь темноты и света. Желтый, например, близок к белому, а синий — это почти черный. Ко времени Ньютона у ученых возникло более глубокое понимание природы цвета, а натурфилософы развивали вполне точную науку — оптику.

Уже было известно, что, когда свет попадает на зеркало, угол падения равен углу отражения. Когда свет проходит через прозрачную среду и снова оказывается в воздухе, его луч либо отклоняется, либо преломляется. Именно поэтому, когда человек ступает в воду, кажется, что его ноги кто-то слегка поломал. Величину преломления можно рассчитать, используя способ, который в то время был известен как закон Снелла. Изучая радугу, французский философ и естествоиспытатель Рене Декарт наблюдал за гигантской каплей — стеклянной сферой, заполненной водой, стараясь понять, как меняются цвета внутри ее. Примерно так же цвет меняется, если смотреть на предметы сквозь мыльные пузыри, осколки слюды, рыбью чешую и колеблющиеся в солнечном свете крылья насекомого. В 1637 году в эссе под названием «Диоптрика» Декарт пытался дать объяснение происхождению цвета, считая, что он возникает от вращения капелек эфира, — чем быстрее вращение, тем краснее свет.