Физика. Великие открытия: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Глава 4. Открытие гальванического электричества и биотоков

Луиджи Гальвани 1737–1798

Через сто лет после того как в Англии были опубликованы «Начала» Ньютона, на другом конце Европы, в Италии, в городе Болонье, знаменитом своим университетом, у тамошнего профессора анатомии простудилась жена. Эти события, разделенные целым веком, безусловно разного масштаба: о первом сразу же узнала вся Европа, а о втором… впрочем, о втором Европа тоже узнала, только через год.

Нас, правда, больше интересует не жена профессора, хотя легенда и приписывает ей известную роль в происшедших событиях и даже неким итальянским поэтом был сочинен в ее честь сонет, в котором эта роль всячески подчеркивалась. Нас интересует сам профессор, в то время тридцатилетний медик, уже восемь лет занимающий кафедру анатомии в родном университете. Может заинтересовать нас и город, в котором он родился, учился и работал и который сами итальянцы называли «Bologna la grassa» и «Bologna la dotta», — «жирная Болонья» и «ученая Болонья». Сочетание эпитетов странное, но что поделаешь. Болонья удачно расположена в сельскохозяйственном отношении, ее окружали тучнейшие житницы и виноградники, путешественники единодушно отмечали изобилие и дешевизну, но вместе с тем Болонья располагала старинным университетом, каким могли похвастать немногие города Европы. В XVII веке университет породил множество различного рода академий, так что в то время, когда двадцатидвухлетний Луиджи Гальвани принял кафедру анатомии, ученые играли в общественной жизни города ведущую роль.

Вероятно, поэтому и потому еще, что в те годы Болонья была одним из художественных центров Италии, чья слава уступала только Риму и могла сравниться с Флоренцией и Венецией, Болонья считалась во владениях римского папы вторым городом после Рима, а ее кардинал был после папы вторым лицом в Ватикане.

Вот в этой обстановке, с одной стороны благополучия и благодушия, а с другой — уважения к учености и к ученым, и протекала жизнь Луиджи Гальвани. После окончания университета он, помимо чтения лекций по анатомии, занимался исследованиями, относящимися к области сравнительной анатомии; судя по публикациям в журналах, он исследовал строение и природу костей, почки и уши птиц. Но особой известности ему эти труды не принесли, и знаем мы о них потому лишь, что в 1771 году он, по совету своего учителя Беккариа, занялся изучением электрических явлений, а через девятнадцать лет после этого у него простудилась жена, и ей прописали… Но, впрочем, не будем забегать вперед, остановимся пока на первом событии из той цепи, которая привела к появлению термина «гальваническое электричество».

Питер ван Мушенброк 1692–1761

В том, что Гальвани занялся изучением электричества, не было ничего особенно выдающегося — в то время кто только этим ни занимался. То было время первых волнующих открытий в области электричества. В 1663 году была построена первая электрическая машина. В 1746 году была изобретена знаменитая лейденская банка. Открытие голландского профессора математики из Лейдена Питера Мушенброка, сделанное, кстати, случайно, взволновало всех — и ученых и не ученых. Все, кто мог, стали делать опыты с лейденской банкой. Во Франции опыт был повторен даже в Версале, в королевском дворце, в присутствии Его Величества. Сто восемьдесят гвардейцев в парадных мундирах, взявшись за руки, образовали цепь; первый держал в свободной руке банку, последний извлекал из нее искру, а удар чувствовали все. «Было курьезно видеть, — писал очевидец этого великосветского опыта, — разнообразие жестов и слышать вскрики, исторгаемые неожиданностью у большей части получающих удар». Но кроме возможности наблюдать курьезы открытие лейденской банки дало науке и нечто посерьезнее — способность накапливать электричество и экспериментировать с ним.

В эти же годы пробуждается интерес ученых и к животному электричеству, хотя истоки его можно обнаружить еще в глубокой древности. Жителям побережья Средиземного моря давно было знакомо действие электрического ската, только он тогда не назывался электрическим и удары, которые он наносил, полагали механическими; считалось полезным купать в морской воде, где обитают скаты, детей — это якобы придавало им здоровье. Но когда появились первые достоверные сведения об электричестве, ученые усмотрели в таинственных ударах, производимых некоторыми рыбами, в частности скатами, электрическую природу. А открытие лейденской банки, которая оказывала аналогичное со скатом действие, убедило в этом ученых окончательно.

Вспомнив о лечебном действии зарядов ската, описанном в книгах древних греческих и римских писателей, ученые стали пытаться применять действие электрических разрядов для лечения некоторых заболеваний. Иногда попытки были успешны. Так, описаны несколько случаев излечивания паралича. Но многие лжемедики, усмотрев в новом открытии возможность прославиться и заработать и ничего не смысля ни в физике, ни в физиологии, стали применять электрическую машину и лейденскую банку для врачевания всех болезней подряд. Конечно, многие такие попытки кончались в лучшем случае безрезультатно, а иногда и весьма печально.

Гальвани не принадлежал к числу столь легкомысленных врачей, да и вообще он, скорее всего, не занимался в то время медицинской практикой. Об этом можно судить по тому хотя бы, что только в сорок пять лет он начал читать собственно медицинский курс — акушерство; до этого он служил чистой науке. Кроме того, в пользу такого предположения говорит и тот факт, что, когда заболела его жена, не он прописал ей… Впрочем, мы опять забежали вперед.

Словом, Гальвани не лечил электричеством больных, но, как истинный естествоиспытатель, уже с 1771 года начал исследовать действие на животных электрического тока. С этой целью на его лабораторном столе стояли лейденская банка и электрическая машина, судя по дошедшим до нас рисункам, сделанным самим Гальвани — почти такие же, как ныне стоят в любом школьном физическом кабинете.

Свои эксперименты Гальвани ставил на разных животных, но чаще всего на лягушках. Это обстоятельство, увековеченное, кстати, даже на мемориальной доске, которая установлена на доме ученого, имеет для нас немалое значение. Ибо именно оно должно послужить весомым аргументом против якобы «совершенно случайного» характера открытия, которое имело место в 1790 году вследствие того, что жена профессора Гальвани простудилась и ей прописали… Но, думаю, больше нет возможности откладывать рассказ о том, что же произошло, когда она простудилась.

Собственно, ничего особенного не произошло. Как гласит легенда, врачи прописали синьоре Гальвани «укрепительный бульон» из лягушечьих лапок. Не будем ухмыляться по поводу данного назначения — антибиотиков и сульфамидных препаратов в то время не было. Но лягушек, прежде чем сварить, надо приготовить: содрать с них кожу и отделить лапки. Тут, как говорится, синьору профессору и карты в руки: кто лучше него, анатома, мог это сделать. И он, мол, приготовил у себя на лабораторном столе некоторое количество лягушек. Правда, один весьма уважаемый ученый, секретарь Парижской Академии наук, — утверждал, будто лягушки приготовила кухарка синьоры Гальвани. Сам же Гальвани, описывая этот день, упоминает, во-первых, себя в качестве препаратора, а во-вторых, всего одну лягушку. Это не такая уж маловажная деталь, ибо если и впрямь это сделал сам ученый, то для случайности во всей этой истории остается совсем немного места.

Есть и еще одно противоречие в легенде. В комнате, по свидетельству Гальвани, присутствовали еще по меньшей мере два человека. Один из них, судя по всему, — ассистент, а другой или другая, по-видимому, жена Гальвани, которая, как пишет ученый, «обычно помогала нам при электрических опытах». Вообще-то сам Гальвани написал об этом очень туманно: «одно лицо». И то, что это была все же его жена, утверждают современники ученого. Но если это действительно так, то отсюда неумолимо следуют два вывода. Первый: она не могла быть больной в это время и, следовательно, препарированы лягушки были совсем для иных целей. И второй: оно, лицо это, помогало при электрических опытах, значит и в этот день ставился электрический опыт и вот для какой цели и нужны были лягушки. Пока, как видите, ничего случайного не происходит.

Дальше было вот что. Синьора Гальвани время от времени запускала электрическую машину и извлекала искру. Сейчас такого помощника отругали бы, чтобы не баловался, а тогда электрические машины были в диковинку, и поэтому любопытство, особенно женское, было объяснимо. И вот в один из моментов, когда ассистент дотронулся… Впрочем, предоставим слово самому Гальвани. «Когда одно из лиц, помогавших мне, случайно чуть-чуть коснулось концом скальпеля внутреннего бедренного нерва лягушки, то мышцы конечностей вдруг сократились как будто от сильной судороги». Здесь вступает в действие синьора Гальвани: «Другое лицо, помогавшее нам при электрических опытах, заметило, что это происходило лишь тогда, когда из машины извлекалась искра. Удивленное этим новым явлением, оно обратило на него мое внимание, поскольку я был занят в это время совсем другим. У меня явилось желание тотчас же увидеть это новое явление и расследовать его скрытые причины». Так начиналась статья Гальвани «Об электрических силах при мускульных движениях», опубликованная в 1791 году.

Исходя из этих нескольких строк, многие историки сделали вывод, будто открытие Гальвани, во-первых, принадлежит не самому Гальвани, а либо его жене, либо кому-то из помощников, а во-вторых, что оно явно случайно. Что ж, с этим, пожалуй, можно согласиться, с одной оговоркой только: никакого открытия в том, что увидело это таинственное лицо и чему оно удивилось, не было. И значение этого эпизода, явно раздутое, заключается лишь в том, что он побудил Гальвани к новым исследованиям, в результате которых действительно было сделано важное открытие, даже не одно, а два, хотя второе сам ученый, к сожалению, не заметил.

Опыты по электричеству. XVIII век.

Опыт Грея. Мужчина, стоящий справа, приближает наэлектризованную стеклянную трубку к руке дамы, сидящей на качелях, подвешенных на шелковых веревках, а мужчина слева прикасается к другой руке дамы и извлекает из нее искру.

Первые опыты Гальвани.

Прежде всего Гальвани выяснил, что далеко не безразлично, чем дотрагиваться до лягушки. В описанном случае скальпель имел костяную ручку, прикрепленную железными гвоздями. Оказалось, что сила сокращения мышцы зависит от того, за какую часть скальпеля держится рука; наибольшее сокращение происходит, когда рука дотрагивается до лезвия или железных гвоздей.

Затем предпринимается вторая серия опытов; ее схему легко восстановить по рисунку Гальвани. Он выносит стол во двор и ставит его около колодца. Препарированную лягушку помещает в закрытую банку. От нерва задней лапки тянется проволока на крыше, другая от мышцы идет в колодец. Искру, родившуюся на лабораторном столе, Гальвани хочет заменить молнией. Судя по всему, погода в те дни благоприятствовала его намерениям — и гроза не заставила себя ждать. «Как только появлялись молнии, — пишет ученый, — тотчас же мышцы приходили в сильные сокращения, которые совпадали по времени с молнией и предшествовали грому».

Итак, первый из серии опытов вполне удался! Он подтвердил прежнее наблюдение: нерв лягушки является чувствительным электроскопом, улавливающим даже отдаленные электрические разряды.

— А если нет видимых разрядов — просто атмосферное электричество будет ли вызывать сокращение лапки?