Четыре человека «…образуют друг с другом цепь, причем один прикасается пальцем к кончику языка соседа, другой таким же образом к поверхности глазного яблока своего другого соседа, а двое остальных держат мокрыми пальцами один за лапку, а другой за спину свежепрепарованную… лягушку. Наконец, первый в ряду держит также в мокрой руке цинковую пластинку, а последний держит серебряную пластинку, и затем они приводят эти пластинки во взаимное соприкосновение. В тот же момент на верхушке языка, к которой прикасается человек, держащий в руке цинк, появится ощущение кислого вкуса; в глазу, к которому прикасается палец соседа, появится ощущение вспышки света; и в то же время лапки лягушки, находящиеся в двух руках, начнут сильно сокращаться». Все нервы, оказавшиеся на пути электрического флюида - нервы языка, нервы глаза, нервы лягушки, - являются просто очень чувствительными электрометрами, а металлы, от соприкосновения которых и возникает эффект, не простые проводники, а «двигатели» электричества. «Таким образом, вместо того, чтобы говорить о животном электричестве, можно было бы с большим правом говорить о металлическом электричестве». Ведь если люди в той цепи из четырех человек не будут держать серебро и цинк, а просто коснутся руками друг друга, то ничего не произойдет. По Гальвани, разряд «живой лейденской банки», которая находится в лягушке, должен произойти еще успешнее, ведь замыкающая цепь стала короче^ из нее убрали участок, ничего не прибавив; но эффекта нет. Значит, причина не в лягушке, а в металлах - в контакте серебра и цинка.
Уже из приведенных примеров ясно, что Вольта был прав. В знаменитом трактате Гальвани нет никаких доказательств существования «животного электричества». Наблюдение, сделанное Гальвани 26 сентября 1786 г., в день рождения электробиологии, имело причиной чисто физическое явление, на основе которого Вольта изобрел источник постоянного тока: гальванический элемент, или вольтов столб. Это изобретение приведет к интенсивному развитию учения об электричестве и электротехнике и сделает XIX век веком не только пара, но и электричества.
Но причем же тут электробиология?
Лирическое отступление о путях науки. Давайте теперь на минуту остановимся и задумаемся о том, что же мы узнали не только об истории открытия «животного электричества», но и о науке вообще. Одна из главных целей, поставленных на прочитанных вами страницах, - показать достаточно типичную картину развития науки.
Первый урок, который можно извлечь из рассказанного, состоит в том, что наука - это некоторая единая система взаимодействующих областей, что учение о теплоте влияет на учение об электричестве, что открытия в области физики влияют на развитие биологии, а решение биологической проблемы приводит Вольта к чисто физическому открытию. В школе можно раздельно преподавать разные предметы, да иначе, по-видимому, и нельзя, в университетах создают разные факультеты, научно-исследовательские институты тоже заняты каждый своей более или менее узкой проблемой. Но в природе явления тесно связаны, переплетены и часто совершенно не согласны лечь на полочку того или иного научного ведомства.
Во-вторых, всякое новое открытие, новая теория, новые эксперименты являются следствием предыдущих экспериментов и теорий - в этом одно из проявлений непрерывности развития культуры. Ньютон говорил: «Если я видел больше других, то это только потому, что я стоял на плечах гигантов».
Бросается в глаза также международный характер науки: проводники открывают в Англии, лейденскую банку - в Германии; Франклин работает в Америке, Рихман - в России, Гальвани и Вольта - в Италии.
Мы видели, что и в XVIII веке новые открытия очень быстро пытаются использовать для практики; мнение, нередко высказываемое в литературе, что в старину от открытия до его применения проходили многие десятилетия, скорее легенда, чем факт. Открытие применяли настолько быстро, что к этому процессу зачастую примазывались шарлатаны.
Особенно мы хотели бы остановиться на роли Эксперимента в науке и роли личности ученого в открытии. Наивные описания: «Для решения проблемы ученый поставил опыт и выяснил» очень редко соответствуют действительности. Один и тот же эксперимент может истолковываться совершенно по-разному разными людьми. Гальвани поставил опыт с замыканием цепи двумя разными металлами, но он не сконцентрировал свое внимание на этой детали, считая ее несущественной. В этом отразилась направленность его личных интересов: он был врач и хотел использовать электричество для лечения, поэтому ему было важно установить, что электричество не чуждо живому, а, наоборот, внутренне присуще и мышцам, и нервам. В работе сказалось также его знакомство с электрическими скатами, которые точно могли вырабатывать электричество; Гальвани искал совершенно определенное явление и считал, что нашел его. Мы видим, что важен предыдущий опыт ученого, его эмоциональный настрой, цели, которые он перед собой ставит.
Вольта дал другое истолкование тому же опыту: дело не в «животном», а в металлическом электричестве. Но чтобы доказать это истолкование, Вольта должен был не просто повторить опыт Гальвани, а придумать десятки новых, некоторые из которых мы описали.
Придумать опыт и поставить его - это только часть дела. Как правило, опыт допускает много разных истолкований, для выбора правильного истолкования обычно необходимы новые опыты. Кроме того, на интерпретацию эксперимента существенно влияет уровень знаний данной эпохи. Вспомните, как подвела Гальвани вера в теоретический вывод Джильберта.
Бывает, что существует несколько альтернативных возможностей в интерпретации опыта и удается придумать новый опыт, который позволяет сделать выбор из этих альтернатив. Такой опыт называют критическим. Однако нередко потом выясняется, что какая-то из возможных интерпретаций была упущена при постановке такого опыта.
Опыт - это шаг на пути науки, шаг, который, как правило, ведет к развилке новых дорог. Наука - непрерывный процесс работы мысли и перед опытом, и во время него, и особенно после него.
Спор сторонников Гальвани и сторонников Вольта
Вернемся теперь к Гальвани. Как же он отреагировал на критику Вольта? Ведь доводы Вольта разрушали его надежды на создание нового направления в медицине. И Гальвани направляет все усилия па то, чтобы доказать свою правоту, С 1794 по 1797 гг. он предпринимает попытки отстоять свое открытие. Он ставит новые опыты, в которых вообще не используются никакие металлы. Расскажем о трех таких опытах.
Опыт 1. Бралась мышца с отходящим от нее нервом. Отдаленный конец нерва перерезался и приводился в соприкосновение с мышцей при помощи стеклянной палочки. В момент прикосновения нерва мышца сокращалась. Для удачного воспроизведения опыта нужен был свежеперерезанный нерв. Гальвани отмечает, что место перерозки по-видимому, играет какую-то важную роль. Здесь он опять проявляет замечательную наблюдательность, как и в случае с двумя разными металлами.
Опыт 2. В этом опыте использовались две мышцы с отходящими от них нервами. Один нерв укладывался в виде дуги, а второй располагался так, чтобы одна его точка лежала на неповрежденном участке первого нерва, а вторая - возможно ближе к месту его перерезки; мышца, связанная со вторым нервом, сокращалась. Этот опыт показывает, что между нормальным и поврежденным участками нерва течет электрический флюид,
Опыт 3. Вновь брались две мышцы с отходящими от них нервами. Нерв второй мышцы помещался на первую мышцу, Раздражался первый нерв, отчего сокращалась первая мышца. Неизменно вслед за этим возникало сокращение и второй мышцы. В этом опыте разрез нерва не играл никакой роли. Сокращающаяся мышца как-то действовала на лежащий на ней нерв.
К сожалению, эти свои опыты Гальвани не смог опубликовать - они были описаны только в его частных письмах. Но у него был ряд сторонников и последователей, которые опубликовали описания многих новых обстоятельств, подтверждающих взгляды Гальвани.
Вольта и его сторонники приводили против таких опытов три основных возражения.
Во-первых, Вольта высказал предположение, что «двигателем» электрического флюида может быть не только контакт металлов, но и контакт разных жидкостей. Но во всех опытах Гальвани обязательно были разные жидкости: нельзя высушить препарат лягушки, тогда он погибнет. Значит, в принципе нельзя показать, что электричество создается живым организмом, а не соприкосновением разных растворов, а нервы с мышцей играют роль только «живого электроскопа».
Во-вторых, во всех опытах Гальвани присутствует механическое движение либо двигают нерв, либо сокращается мышца. Может быть, причиной сокращения мышцы в этих опытах является механическое раздражение, - предполагал Вольта.
Наконец, пусть даже сокращающаяся мышца может возбудить нерв. Но откуда следует, что она это делает с помощью электричества? Известно, что нерв можно возбудить давлением, нагреванием, химическими воздействиями и т.д. Где доказательства, что в опытах Гальвани раздражителем является именно электрический ток?
Несмотря на помощь друзей и последователей, поддержку таких крупных естествоиспытателей, как А. Гумбольдт, Гальвани проиграл спор с Вольта. Аргументы Вольта казались вполне убедительными. В 1797 г. наступает окончательный крах: по политическим мотивам Гальвани выгнали из университета. Он лишился возможности работать и через год умер.
Однако на этот раз Вольта ошибся. Во всех трех описанных выше опытах Гальвани действительно имел дело с «животным электричеством», которое ему наконец-то удалось открыть.
После изобретения источника постоянного тока Вольта становится знаменит и всеми признан, В 1801 г., Наполеон приглашает его в Париж, где в Академии наук он демонстрирует свой знаменитый вольтов столб, Умер Вольта в 1827 г., в возрасте 82 лет, овеянный славой.
Личные судьбы Гальвани и Вольта сложились очень по-разному. Но если отвлечься от человеческих судеб и посмотреть на судьбу основных научных открытий, сделанных Гальвани и Вольта то мы увидим удивительную аналогию.
Когда Вольта изобрел гальванический элемент, перед ним встал вопрос: в чем причина возникновения электрического тока - в соприкосновении двух металлов или же в соприкосновении металлов с жидкостями? Вольта попробовал вообще убрать жидкости и поставил такой опыт. На чувствительный электроскоп помещался медный диск, покрытый сверху тонким слоем изолятора. На него клали такой же цинковый диск с изолирующей ручкой и эти два диска на мгновение соединяли медной проволокой. Затем проволоку убирали и снимали верхний диск. Электроскоп показывал наличие заряда. Вольта объяснял этот опыт так. Когда два разнородных металла привели в соприкосновение, они получили разноименные заряды. Но эти заряды, притягивая друг друга, оставались по разные стороны изолятора. Когда верхний заряженный диск убрали, заряды с нижнего диска попали на лепестки электроскопа. И никакой жидкости при этом не было. Следовательно, все дело просто в соприкосновении двух металлов! Но с самими металлами при этом совершенно ничего не происходило, кроме возникновения заряда. Значит, как утверждал Вольта, ему удалось открыть источник электрического тока, который может работать только от соприкосновения металлов, не меняя и не расходуя их.
Была только одна «маленькая деталь»: к сожалению, цинковый электрод в гальванических элементах почему-то все время окислялся и окись цинка прерывала ток. Электроды приходилось чистить. Вольта все время пытался сделать гальванические элементы лучшей конструкции, но никак не мог избавиться от появления окиси. Тем не менее, он был уверен, что в принципе задача разрешима и он осуществил мечту - создал вечный двигатель!
После открытия закона сохранения энергии физики и электрохимики подвергают взгляды Вольта резкой критике. Не может идти электрический ток и выделяться тепло без всяких затрат энергии! Не могут возникать электрические явления только от касания двух металлов; в воздухе всегда есть пары, которые оседают на металлы и окисляют их. Вольта открыл вовсе не «металлическое» электричество, а «химическое» электричество, так как в его элементах химическая энергия переходит в электрическую, потому-то и окисляется цинк!
Посмотрите, с какой замечательной точностью повторяется вся история с Гальвани. Гальвани открыл на самом деле «металлическое» электричество, а думал, что открыл «животное электричество», - говорил Вольта. В основе ошибки Гальвани лежало то, что он не обратил внимания на важнейший факт, который противоречил его теории, - на необходимость наличия двух разных металлов. Вольта открыл «химическое» электричество, а думал, что открыл «металлическое» электричество, - пишет В. Оствальд в своей «Истории электрохимии». Вольта не обратил внимание на важнейший факт, который противоречил его теории вечного двигателя, - окисление электродов, точнее, не придал ему должного значения.
Но самое интересное состояло в том, что прав был и Гальвани, и его критик Вольта, точно так же, как прав был и Вольта, и его критик Оствальд. На самом деле Гальвани открыл два разных явления - и «животное электричество», и металлическое. Но сам он считал, что открыл только первое из них, а Вольта считал, что существует только второе. Точно так же и Вольта открыл два разных явления - контактную разность потенциалов, возникающую при соприкосновении двух металлов, и химические источники тока. Но сам Вольта считал, что открыл только первое явление, в то время как его критик Оствальд признавал только второе. Только дальнейший ход развития науки показал, в чем были правы и в чем ошибались Гальвани Вольта и Оствальд.
Реабилитация Гальвани
Итак, Гальвани умер побежденным и непризнанным, а сторонники Вольта торжествовали. Но пути науки неисповедимы.
После того, как Вольта изобрел гальванический элемент и физики получили источник постоянного тока, началось быстрое развитие электродинамики, стимулируемое целым рядом практических применений электрического тока. Это, в конце концов, и позволило выяснить правоту Гальвани.
Уже в 1800 г. было открыто тепловое действие тока, В 1803 г. вышла книга Петрова о вольтовой дуге. В 1820 г. Эрстед открыл действие электрического тока на магнитную стрелку, связав разделы науки об электричестве и магнетизме, которые до этого развивались отдельно. И в течение года следуют замечательные разработки этого открытия; Ампер выдвигает идею электромагнитного телеграфа, Барлоу и Фарадей изготовляют первые примитивные модели электромоторов, а Штейгер изобретает гальванометр - прибор для измерения постоянного тока. Наконец-то появился объективный способ измерить малые токи, которые до этого регистрировались только с помощью лягушачьей лапки.
Гальванометр Штейгера был основан на действии катушки с током на магнитную стрелку, но он был чувствителен и к магнитному полю Земли, что очень мешало точным измерениям. В 1821 г. Ампер предложил укреплять на одной оси две магнитные стрелки так, что их противоположные полюса были расположены один над другим; это позволило избавиться от влияния магнитного поля Земли. Штейгер вначале изолировал провода воском или сургучом, но через несколько лет в связи с созданием телеграфа появились провода с шелковой изоляцией. В руках физиков оказался достаточно надежный и чувствительный измерительный прибор.
В 1826-1827 гг. немецкий физик Г. Ом открыл закон, который носит его имя. Для электробиологии особенно важно было то, что Ом ввел понятия «сила тока», «сопротивление», которых так не хватало Гальвани и Вольта.
В 1825 г. флорентийский физик Л. Нобили создал высокочувствительный гальванометр, и в 1827 г. с помощью этого прибора ему впервые удалось зарегистрировать разность потенциалов между разными точками тела лягушки. Но, как мы уже говорили, просто поставить опыт еще недостаточно, надо еще его правильно понять. Нобили был последователем Вольта, и поэтому объяснял возникновение зарегистрированных потенциалов тем, что одни участки тканей теплее, чем другие, так как скорость испарения жидкости с разных точек не может быть строго одинаковой. Так Нобили проходит мимо важного открытия.
Авторитет Вольта помешал ему не меньше, чем авторитет Джильберта помешал Гальвани.
Начиная с 1837 г. другой итальянский ученый, К. Маттеучи использует гальванометр для объективной проверки опытов Гальвани и его последователей.
Прежде всего, Маттеучи обнаружил, что между интактным и поврежденным участками мышцы есть разность потенциалов; при этом разрез мышцы всегда играет роль отрицательного полюса. Ток, текущий к поврежденному месту, назвали током повреждения. Этот результат Маттеучи давал объяснение двум первым опытам Гальвани; ведь и Гальвани предполагал, что между интактным и поврежденным участками мышцы течет электрический флюид. Правда, Маттеучи смог зарегистрировать только ток повреждения мышцы, а не нерва. Но если считать аналогичной ситуацию и для поврежденного нерва, то ясно, что место разреза нерва служило источником тока, который в первом опыте возбуждал мышцу лягушки, а во втором - ее нерв.
Маттеучи обнаружил, что во время возбуждения поврежденной мышцы ток повреждения почему-то убывал. Это очень удивило экспериментатора. Казалось бы, что при возбуждении все должно усиливаться, а не убывать!
Наконец, Маттеучи сделал широко известным третий опыт Гальвани. Маттеучи непосредственно показалt что при возбуждении неповрежденной мышцы между ее частями идет электрический ток, который может возбудить лежащий на ней нерв.
Работы Маттеучи носили принципиальный характер: до них, пока единственным измерительным прибором служила сама лапка лягушки, не было уверенности в том, что процессы возбуждения связаны с электрическими явлениями. После работ Маттеучи это можно было считать доказанным.
Напомним, что все это происходило в 1837 г. Это был год столетия со дня рождения Гальвани и год его посмертного торжества. Была доказана правильность объяснения им своих последних опытов. Уже в 1841 г. появляется полное собрание сочинений Гальвани. Гальвани вновь становится знаменит и теперь уже навсегда.
Страницы: 1, 2, 3, 4
