Текст книги "Десять самых красивых экспериментов в истории науки"
Автор книги: Джордж Джонсон
сообщить о нарушении
Текущая страница: 2 (всего у книги 9 страниц) [доступный отрывок для чтения: 4 страниц]
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».
Ум Гарвея был столь же остр, как и его скальпель. И при своих обходах в больнице, и при чтении лекций над трупом во Врачебном колледже, он не упускал ни одной особенности человеческой анатомии. Если внутренний орган не совпадал с тем, что предписывал канон Галена, Гарвей дипломатично замечал, что, вероятно, со времен Галена человеческое тело успело измениться. В узком кругу он бывал гораздо более откровенным.
Начав свои исследования с простейших существ, он пришел в изумление: сердца у них бьются так быстро, что эти движения практически неразличимы! Он знал, что существует два сердечных движения: систола, когда сердце сжимается, и диастола, когда оно расширяется. Но когда Гарвей стал наблюдать процесс in vivo,он понял, что на глаз эти два движения различить невозможно.
Ибо я не мог правильно поначалу определить, когда происходит систола, а когда – диастола; так же не мог я понять, когда и где происходит расширение и сжатие, по причине большой частоты движения, которое у многих животных происходит в мгновение ока, со скоростью блеснувшей молнии; поэтому я воспринимаю как систолу то одно движение, то другое, при этом с диастолой происходит то же самое. Вдруг все меняется местами, и создается впечатление, что движения переходят одно в другое и становятся неразличимы. Поэтому мой разум пребывает в большом смятении, ибо я сам не могу прийти ни к какому выводу и не знаю, можно ли верить другим. Вот и Андрей Лаврентиус признавался в том, что для него движения сердца настолько необъяснимы, насколько необъяснимы были для Аристотеля приливы и отливы Еврипа.
Лаврентиус – врач, живший в эпоху Ренессанса, а Еврил – пролив между Грецией и островом Евбеей, где приливы и отливы происходили семь раз в день. Существует предание, повествующее о том, что, отчаявшись объяснить сие явление, Аристотель утопился в этом самом проливе.
Гарвей же, чтобы понять приливы и отливы сердца, решил, что нужно наблюдать их при меньших скоростях – так, как поступил Галилей с ускоряющимся шариком. Сердца холоднокровных животных – амфибий, рыб, рептилий – позволяют себе работать менее интенсивно. Однако эти довольно простые сердца, возможно, работают по тем же принципам, что и сердца млекопитающих и человека. Постепенно, от одного эксперимента к другому, Гарвей усложнял свои опыты.
Он довольно быстро обнаружил, что даже в теплокровных животных метаболизм заметно замедляется в последние мгновения перед смертью, когда организм ослаблен, и сердце несчастного существа начинает биться все реже и реже, пока наконец животное не испустит дух, или пневму, или то, что еще за мгновение до этого поддерживало в нем жизнь.
Сильно отличаясь по своим задачам и функциям, две системы циркуляции» по Галену, сходятся в сердце, в миллиметре друг от друга. «Голубая кровь», переносимая верхней и нижней полыми венами, постоянно вырабатывается в печени и прокачивается через правые желудочки сердца. В левой части, отделяемой толстой стенкой, которая называется септум («перегородка»), течет красная артериальная кровь. Сосуды также ведут в легкие, которые служат для охлаждения крови и переноса пневмы, т. е. воздуха, в сердце. Именно здесь пневма оживляет венозную кровь, незначительная часть которой с помощью невидимых пор проникает через септум в артериальные протоки.
Часть этой схемы уже подвергалась сомнению. Фламандский врач Андрей Везалий в труде «О строении человеческого тела» (De corpore humatti fabrica), впервые опубликованном в 1543 году (в том самом году, когда была обнародована гелиоцентрическая теория Коперника), отрицал возможность проникновения крови через сердечную перегородку. Как он ее ни разглядывал, никаких, даже самых маленьких, пор найти не смог. Он оказался прав в одном, но допустил ошибку в другом. Сегодня мы знаем, что ткани тела имеют множество микроскопических отверстий. Точку в этом вопросе поставил Гарвей: он вскрыл сердце быка и, налив воду в правую часть, обнаружил, что в левую часть ничего не пролилось.
Сторонники Галена также учили, что два типа крови – венозная и артериальная – движутся по типу приливов, вперед и назад, внутри своих систем. Сосуды, оживляемые жизненным духом, одновременно расширяются, всасывая кровь. При их сокращении кровь выбрасывается в обратную сторону. Таким образом, сердце, сжимаясь и расширяясь, работает, как мехи, и заставляет кровь двигаться.
Однако это противоречило тому, что наблюдал Гарвей. Когда сердце сжимается во время систолического этапа цикла, оно, как рука, сжимающаяся в кулак, становится бледнее, словно кровь выдавливается из него. При расширении во время диастолы оно снова становится красным, словно кровь вновь приливает к нему. Более того, когда Гарвей прикасался пальцем к артерии, он чувствовал, как она расширяется в тот момент, когда сердце сжималось. Похоже, что сердце приводило в движение всю систему. У Галена все выглядело наоборот. На самом деле кровь приводилась в движение сжатием, а не расширением сердечной мышцы. Если перерезать артерию живого млекопитающего, то кровь начнет обильно выливаться, «словно выталкиваемая из шприца».
Если сердце представляет собой насос, рассуждал Гарвей, то можно понять принцип его работы.
Человеческое сердце в разрезе
Из« Анатомии» Генри Грея. 1918 год
Анатомы уже знали, что сердце разделено на четыре камеры. Сверху были левое и правое ушки предсердия, ниже находились левый и правый желудочки. Однажды во время вскрытия Гарвей нажал пальцем на левый желудочек. Он расширился и наполнился кровью, а ушко над ним сократилось. Мгновение спустя желудочек самопроизвольно сократился, вытолкнув кровь из камеры в артерии. То же самое произошло и с правой частью сердца. И тут Гален ошибался, поскольку кровь прокачивалась не справа налево, а сверху вниз: «Эти два движения – одно желудочка, а другое – ушка – происходят последовательно, – писал Гарвей, – но таким образом, что между ними сохраняется определенная гармония, или ритм, причем в каждый момент времени обнаруживается только одно движение».
Он сравнивал движение сердца с движением станка: «Одно колесо передает движение другому колесу, но при этом кажется, что все колеса вращаются одновременно». Он знал, что некоторые из его читателей будут оскорблены таким механистическим описанием, чего ему меньше всего хотелось. «Придает ли сердце ускорение крови, локально сообщая ему движение и распределяя ее по телу, или добавляет ей что-то еще, например, тепло, дух, совершенство, – это вопрос будущего, который должен решаться на другой почве». Он подозревал, что в теле происходят не только физические процессы и что сердце является «солнцем микрокосмоса», а кровь – духовной субстанцией, «инструментом небес». Однако все это отнюдь не означало, что движение сердца нельзя изучать.
Приводимые здесь цитаты взяты из прекрасной работы «О движении сердца и крови у животных». Небольшая книжечка, опубликованная в 1628 году после двух десятилетий исследований, несмотря на некоторые повторы, до сих пор представляет собой достойное чтение. С упорством прокурора, выступающего на суде, Гарвей раз за разом представлял свои неопровержимые доказательства. Этого доктора легко представить в зале суда обращающимся к присяжным.
Сначала он предлагает аудитории рассмотреть артериальную систему. Из его экспериментов следует, что левая часть сердца предназначена для прокачивания крови по артериям, которые доставляют ее к конечностям. Кроме того, ясно, что, в отличие от приливов, движение крови происходит только в одном направлении: между левым желудочком и аортой существуют клапаны, которые не дают крови двигаться в противоположном направлении.
Рассмотрим венозную систему. Давно было известно, что вены в руках и ногах снабжены своими собственными клапанами. Эти ostiola(«дверцы») обнаружил еще падуанский учитель Гарвея, выдающийся анатом Фабриций, но он считал, что они служат для замедления движения крови, предотвращающего «захлебывание». Гарвей вводил длинный зонд в сосуд и пытался протолкнуть его в направлении от сердца, однако что-то сопротивлялось этому движение. Зато в противоположном направлении зонд двигался беспрепятственно. Оказалось, что вены – это улицы с односторонним движением. Артериальная кровь двигалась от сердца к органам, тогда как венозная кровь – от органов к сердцу.
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.
Небольшое пятнышко белой плесени. Вид под микроскопом
Рис. из книги Р. Гука« Микрография»
Однако наверняка происхождения цветов не знал никто. Получалось, что чистый белый свет становился окрашенным при столкновении с веществом – при отражении от цветного предмета либо при прохождении через окрашенную жидкость или стекло– Представители следующего после Декарта поколения ученых, три светила европейской науки – Христиан Гюйгенс, Роберт Бойль и Роберт Гук, – продолжали выдвигать все новые теории. Никто из них не слыхал об Исааке Ньютоне – на то не было никаких причин. И по правде говоря, Гуку вообще лучше было бы никогда не слышать это имя.
Похожий на сутулого тролля Гук был настолько известен своими элегантными опытами, что удостоился чести стать первым куратором экспериментов в Лондонском королевском обществе, образование которого ознаменовало начало научной революции. Будучи одним из первых исследователей микромира, Гук делал точнейшие зарисовки увиденного: вошь и блоха, увеличенные до размеров монстра, плесень, которая казалась чудесными цветами из тропического влажного леса, – все это и многое другое стало иллюстрациями в его знаменитой книге «Микрография». Изучая под увеличительным стеклом кусок пробки, он исследовал лабиринты пустот, впервые назвав их клетками. Будучи выдающимся изобретателем, он создал воздушный насос и помог Бойлю сформулировать обратную зависимость между объемом и давлением газа. Так появился закон Бойля. Существует также и закон, носящий его, Гука, имя. Этот закон очень точно описывает природу упругости: твердое тело деформируется пропорционально прилагаемой к нему силе. Сам Гук называл его «ceiiinosssttuv», что расшифровывалось как «Ut tensio sic vis» (каково растяжение, такова и сила). (Чтобы утвердить за собой приоритет и предупредить кражу интеллектуальной собственности, он первоначально опубликовал результаты своих исследований в виде латинской анаграммы.)
Гук был уверен, что ему удалось разгадать загадку цвета и света. Белый – основной, а остальные цвета – это аберрации: «Синий – это воздействие на сетчатку глаза косого, рассеянного импульса света, который начинается со своей слабейшей части и завершается сильнейшей». Красный и синий можно смешать и, разбавив, получать различные смешанные цвета. У Гюйгенса и Бойля были свои собственные теории, которые, к сожалению, в основании имели все то же объяснение цвета как окрашенного света.
Начав с нуля, Ньютон тщательно проанализировал наблюдения, сделанные до него, и добавил к общей картине некоторые собственные. Кусочек золотой фольги, тонкий настолько, что кажется почти прозрачным, отражает желтый свет. Но если разместить его между «вашим глазом и свечой», отмечал Ньютон, то проходящий через фольгу свет становится синим. Если взять древесину под названием lignum nephriticum,которую аптекари продают как лекарство от печени, разрезать ее на тонкие пластины и настоять в воде, то «настой (помещенный в прозрачный фиал) отражает синие лучи и пропускает желтые». То же справедливо и в отношении некоторых плоских стекол: «…они кажутся одного цвета, когда на них глядишь сверху, и совсем другого цвета, когда глядишь сквозь них». Но это аберрации. «В целом же, тела, которые кажутся глазу одного цвета, такого же цвета и остаются в любом положении».
Вынужденный из-за чумы вести жизнь затворника, он изучал мир словно слепец, который неожиданно прозрел. Если растереть в порошок или настрогать темные или полупрозрачные вещества, то они становятся светлее, поскольку такое измельчение создает «множество отражающих поверхностей», которые до этого не существовали. И наоборот, вещества, смоченные в воде, становятся темнее, «ибо вода заполняет отражающие свет поры».
Две линзы, установленные так, чтобы были видны кольца Ньютона
Он также поигрывал с плоскими стеклышкам», устанавливая плоскопараллельную пластину, а на нее – слегка изогнутую выпуклую линзу. Направляя луч света на поверхность, он наблюдал, как переливаются цветные круги, названные кольцами Ньютона. «В зависимости от плотности контакта между стеклами кольца становились то шире, то уже». Если такое устройство поместить в темной комнате под синий луч, излучаемый призмой, можно видеть чередующиеся темные и светлые круги. Красный луч давал такую же картинку.
К тому времени Гук уже описал явление интерференции в книге «Микрография», но Ньютону удалось намного глубже проникнуть в это явление и сделать так, чтобы оно ассоциировалось с его именем.
Оптические опыты превратились в настоящую его страсть. Он стал экспериментировать даже с собственными глазами: брал палочку с тупым концом, которую называл «шпилькой», и вдавливал ее «между глазом и костью, как можно ближе к боковой части глаза». Нажатие и потирание глазного яблока таким «инструментом» приводило к тому, что он начинал видеть «несколько белых, темных и цветных кругов». Когда он повторил свой эксперимент на свету, почти закрыв глаза, то «появилась большая, широкая, темная с синим отливом полоса» с меньшим по размерам светлым пятном посредине. При более сильном нажатии внутри этого светлого пятна возникал маленький синий кружок. Проведение эксперимента в темноте давало другие результаты: «появлялся круг красноватого цвета», а внутри него – темно-синий круг.
Иногда, нажимая на различные места в области глазной впадины, он получал более тонкое разрешение – видел целый ряд концентрических цветных колец, причем цвета их – от центра наружу – распределялись так: зеленый, синий, пурпурный, темно-пурпурный, синий, зеленый, желтый, красный, как пламя, желтый, зеленый, синий, широкий пурпурный, темный. Глядя на солнце или его отражение, Ньютон отметил, что оно красного цвета, когда же он «входил в темную комнату, то солнце становилось синим».
От физики он незаметно перешел к анатомии. Как ему удалось узнать из книг, в каждом глазу визуальные вибрации проходят через оптические нервы, представляющие собой огромное множество тонких трубочек, а потом достигают мозга. Иссекая ткани вокруг глаз – слава богу, не своих, а глаз различных животных, – он пытался понять механизм формирования изображения в глазу и природу вещества, с помощью которого это осуществляется. «Вода слишком груба для такого деликатного дела», – заключил ученый. Тут он мог бы принять теорию Галена и его сторонников, которые считали, что по нервной системе летают «животные духи», но Ньютон напрочь отверг ее, поставив следующий эксперимент: «…хотя я и привязал кусочек оптического нерва с одной стороны и стал нагревать его посредине, чтобы убедиться, не заявит ли о себе, например, в виде пузырьков хоть какая-нибудь сущность с другого конца, ничего подобного мне наблюдать не удалось – выделилось лишь немного влаги и сердцевина этого нерва».
Если бы все закончилось лишь ожиданием того, что «духи зрения», пузырясь, появятся на кончике зрительной колбочки, то Ньютон бы так и остался еще одним гением XVII века, которому оказалось не по силам разгадать загадку света. Но в разгар исследований его заинтересовало странное поведение призм.
Проведите на листе черной бумаги линию, которая была бы до половины синей, а остальная часть – темно-красной. Призма сделает так, что в месте изменения цвета линия отклонится от первоначального направления. То же самое происходит с синей и красной нитями: они смещаются на определенное расстояние друг от друга. Но почему стекло так по-разному относится к различным цветам?
Однажды, почувствовав особое любопытство, он вырезал небольшое отверстие, диаметром четверть дюйма, в оконном жалюзи. Поставив призму на пути узкого солнечного пучка, он на противоположной стене затемненной комнаты получил весь солнечный спектр.
«Поначалу это было приятным развлечением – рассматривать яркие, живые цвета», – писал он. Синие оттенки, бледнея, переходили в зеленые, затем желтые переходили в оранжевые и красные. Но более важным был не знакомый спектр, а его форма. Она была не круглой, как отверстие в жалюзи или солнечный диск, а продолговатой: тринадцать с четвертью дюймов в длину и два и пять восьмых дюйма в ширину. Такая «диспропорция была настолько экстравагантной, что возбудила во мне далеко не обычное любопытство и острое желание понять причину».
Что-то заставляло цвета распределяться именно таким образом. Ньютон сомневался в искусственном появлении этого явления, он не верил, что это всего лишь совокупное действие случайных причин. Но и такую возможность нельзя было полностью исключать. Он стал менять положение призмы так, чтобы свет проходил через стекло разной толщины, проделывал в шторке отверстия различного размера, выносил призму за пределы комнаты, чтобы свет прошел сначала через нее, а потом через отверстие в шторке. Но результат оставался прежним: цвета во всех этих случаях распределялись одинаково.
