3.Естественнонаучные открытия и изобретения
Леонардо да Винчи, из всех известных нам творцов в истории человечества, обладал наиболее всесторонней гениальностью. Он считал себя, прежде всего художником, но из его записных книжек и рисунков видно, что в свое представление об искусстве он вкладывал многое из того, что ныне мы называем естественнонаучными вопросами. Занимаясь напряженной художественной работой и большой (хотя и подготовительной) работой научной, Леонардо ни на минуту не бросал занятий, тяга к которым жила в нем еще в мастерской Верроккио, — занятий техникой. На первом плане у Леонардо оставалась в этих занятиях строительная техника: проекты подъемных сооружений, краном, а также фонтанов и куполов.
Находясь во Флоренции, у Леонардо возникла мысль о полной технической перестройке флорентийского текстильного производства. Прежде всего он обратил внимание на наиболее отсталый механизм того времени, — прялку. Леонардо развивал идею самопрялки. Он мечтал о значительном ускорении прядения о создании машины с механическим приводом от водяного колеса, снабженной множеством веретен, из которых каждое представляет собой сложный, автоматически точно действующий механизм, одновременно и крутящий и наматывающий нить.
Достаточно сравнить старейшие из известных нам изображений самопрялки, относящиеся, по-видимому, к семидесятым годам XV века, с одним из рисунков Леонардо, изображающим прядильные механизмы, чтобы понять все гениальное превосходство этих технических идей. Но не только прядильные приспособления конструировал Леонардо. Флоренция особенно славилась отделкой своих сукон, и Леонардо проектировал сложные и остроумные машины для отделочных работ, например, стригальные машины, нередко встречающиеся в ранних его чертежах. Он, наверное, первый среди людей, увидел красоту технических объектов и в передачу их даже тогда, когда она имела определенно техническое назначение, вложил всю силу своего таланта, всю ловкость своих сильных и нежных рук.
Другие технические работы Леонардо посвятил еще одному исключительно важному для экономики Флоренции вопросу — строительству каналов и всякого рода гидротехнических сооружений. Арно (река, на которой расположена Флоренция) хотя и впадает в море, но в то время не была судоходной.
Возможно, что во время размышлений над грандиозным проектом превращения Арно в судоходную реку Леонардо сконструировал систему открывающихся угловых шлюзов (вместо шлюза прямолинейного, поднимающегося), дожившую в основном и до наших дней.
С еще большим интересом он занимался конструированием осадных приспособлений, а также орудий для отражения осады. Передвижные лестницы, тараны, танки наполняют страницы его тетрадей, относящихся к первым месяцам пребывания в Милане.[Приложение 1]
Также шли усиленные занятия Леонардо артиллерией. Работы Леонардо в области артиллерии, его предложения нового типа разрывных снарядов новых моделей пушек, в частности, пушек, заряжавшихся с казенной части, вызывали особый интерес у военных специалистов.
Леонардо проектировал военные сооружения и снаряды не по книгам, как сухой ученый Вальтурио, знакомый с войной только по античным писателям. В мастерской Верроккио ему не раз приходилось то придерживать клещами кусок раскаленного металла, подготовленного для фонаря флорентийского собора, то самому ударять тяжелым молотом, показывая свою большую физическую силу, то придумывать свой способ в таком, казалось, простейшем деле, как ковка металла.
3накомясь с техникой производства оружия, с формовкой, отливкой, кузнечной обработкой и, наконец, чистовой отделкой металлических предметов, он по-своему перекраивал каждый из этих процессов, выкидывал из него устаревшее и нерациональное и предлагал новое, часто радикальное и неожиданное.
Военная техника стояла, несомненно, на первом месте в занятиях Леонардо в начале его пребывания в Милане, но она не вытеснила других технических занятий более мирного порядка. Особенно привлекали художника-инженера работы по усовершенствованию и расширению сети каналов, составлявших с конца XII в. гордость Милана и его области. Здесь с 1439 по 1475 г. было построено 90 километров каналов с 25 шлюзами. Строительство каналов — почти единственная область техники, в которой Леонардо руководил работами и осуществил значительную часть своих замыслов.
Впрочем, гидротехнические работы Леонардо, как и его работы военного характера, не могли удовлетворить его жажду широкого, смелого и оригинального технического творчества. Да и сами эти работы в Милане еще в большей степени, чел в юношеские годы во Флоренции, представляли для Леонардо, никогда не за бывавшего о своей основной профессии живописца, и художественный интерес. Он мечтал о создании идеального замка и даже целого идеального города и в ряде зарисовок и записей закрепил свои мечты.
Литература по оптике, с которой Леонардо знакомился при содействии Фацио Кардано, была достаточно обширна и затрагивала многие из интересующих Леонардо вопросов, но в подавляющей своей части она весьма несовершенна и не связана с практической жизнью. Леонардо начал переделывать ее по-своему.
Он начал с глаза, о котором его предшественники писали немало, но сбивчиво и недостаточно конкретно. Он стремится определить процесс, происходящий в глазу, видящем внешний мир. Для этого не было другого способа, как заняться анатомией глаза. Леонардо усердно взялся за дело, раздобыл много глазных яблок, разрезал их, изучал строение, зарисовывал. В результате он создал теорию зрения, хотя и не вполне правильную и в некоторых деталях еще повторяющую ошибки тогдашней науки, но все же весьма близкую к правильной.
Многочисленные зарисовки строения глаза в миланских тетрадях Леонардо кажутся не вполне устаревшими и современному окулисту, а разработанная им теория двойного преломления, происходящего в глазу, впервые в науке правильно воспроизвела процесс зрения.[Приложение 2]
Леонардо впервые дал правильное объяснение объемности, получаемой при смотрении двумя глазами, в то время как смотрение, одним глазом дает только плоскостную картину. Подробному анализу подверг Леонардо особенно важный для художника вопрос об образовании теней, их форме, интенсивности и окраске (теория теней). Наконец, наибольшее внимание он уделил проблемам отражения лучей света от плоских и изогнутых поверхностей (в первую очередь — зеркал) и преломления лучей в различных средах. Экспериментируя и исследуя в этих областях, Леонардо нередко приходил к новым, ценным, полностью правильным результатам.
В области динамики он впервые поставил и частично разрешил ряд вопросов. Занятия артиллерией натолкнули его на изучение полета и удара пушечного ядра; он впервые задался вопросом, как летят ядра, выбрасываемые под разными углами, и какова сила удара. Впервые поставил Леонардо вопрос об ударе упругих шаров и для ряда случаев пришел к вполне правильному решению. Почти за двести лет до Ньютона он сформулировал закон равенства действий противодействию, хотя в расчетах, вытекающих из этого закона, допустил грубую ошибку.
Если в области динамики, требующей почти всегда точного измерения времени, Леонардо наряду с правильными давал и ошибочные решения, то в статике и особенно в технической механике он ошибался реже и, получил значительно больше ценных и правильных результатов.
Весьма замечательны работы Леонардо над проблемой трения. Он первый ввел самое понятие коэффициента трения и вполне правильно выяснил причины, определяющие величину этого коэффициента.
Наблюдения над полетом птиц были в Милане только начаты Леонардо; они требовали длительной, кропотливой работы, немыслимой в горячке многочисленных спешных занятий. Здесь же, во Флоренции, Леонардо всецело им отдался. По целым дням следил он за фазами движений птиц в воздухе, зарисовывал те или иные моменты, записывал сном соображения о причинах того или иного движения. Его глаз улавливал малейшие оттенки полета, его изощренный ум находил объяснения, иногда поражающие и современного исследователя своей тонкостью и глубиной. Так, его анализ планирующего спуска птицы немногим отличается от анализа, данного спустя четыре столетия известным русским ученым, отцом советской авиации, профессором Н.Е.Жуковским. Рисунки и заметки о полете птиц наполняют множество листов леонардовских тетрадей второго флорентийского периода, а одна из этих тетрадей (1504—1505) целиком посвящена этому предмету. Однако все эти рисунки и заметки составляли только первую стадию работы. Затем последовало конструирование прибора, который должен был в точности повторить строение тела птицы и дать возможность человеку, совершить те же движения, которые так легко проделывают пернатые.[Приложение 3]
В строгом соответствии со своим экспериментальным методом, Леонардо предлагал тщательно испытывать каждую деталь летательной машины, прежде чем применять эту деталь на практике. Для этой цели он сконструировал ряд испытательных приборов.
Не довольствуясь конструированием летательной машины, Леонардо задумывался над приспособлениями, которые могли бы сделать полет безопасным. Он предлагал производить пробные полеты над озером, а на летящего надевать спасательные круг. «Этот прибор,— пишет он,— испытываешь над озером и наденешь в виде пояса длинный пузырь, чтобы при падении ты не утонул». Но это приспособление казалось Леонардо слишком несовершенным. Продолжая думать на эту тему, он пришел к изобретению, практически осуществленному почти на четыре столетия позже: он изобрел парашют. Рядом с рисунком четырехугольного парашюта Леонардо написал:
«Если у человека есть шатер из прокрахмаленного полотна, шириной в 12 локтей и вышиной в 12, он сможет бросаться с любой высоты без опасности для себя».[Приложение 4]
Он предполагал сделать свой первый полет с горы «Лебедь», расположенной рядом с его родиной — маленьким горным Винчи, который таким образом будет увенчан славой. «Большая птица начнет свой первый полет с хребта «Большого Лебедя», наполняя вселенную изумлением, наполняя молвой о себе все писания и вечной славой гнездо, где она родилась». Но мечтания Леонардо остались мечтаниями: пробный полет не состоялся. Другие занятия отвлекли его от столь любимой им работы по изобретению летательной машины.
Леонардо также упорно и непрерывно занимался анатомией. Он принял деятельное участие в тех немногих работах над трупами, которые тогда производились во Флоренции и представляли собой столь из ряда вон выходящее событие, что о них упоминают современники в своих дневниках и хрониках. Леонардо уносил с каждого вскрытия трупа ворох листов, испещренных беглыми, но поразительными по правильности и четкости рисунками анатомического характера. Из этих рисунков, только изредка снабженных краткими и сухими записями, Леонардо хотел в дальнейшем создать большой, всеобъемлющий трактат по биологии. Он набросал план этого трактата, который должен охватить самые различные области биологии — от эмбриологии до учения о нервной системе, и даже приступил к осуществлению этой грандиозной задачи.
Анатомические методы Леонардо поистине блестящи и бесконечно более совершенны, чем методы, применяемые его современниками и ближайшими потомками. Он первый вполне правильно поставил и разрешил вопрос о биологической сущности деторождения, дав ряд изумительных зарисовок последовательных положений человеческого плода; он детально проанализировал и изобразил мускульную систему человеческого тела. Он первый правильно понял функционирование сердца и описал приблизительно верную систему кровообращения, во многом предвосхищая открытия Гарвея.[2]
Количество анатомических рисунков Леонардо весьма велико, и многие из этих мимолетных зарисовок являются работами, в которых творческая индивидуальность художника проявляется с необычайной полнотой. Они часто сухи и строго аналитичны, кажется, ничего, кроме стремления познать, разобраться в строении того органа, который изображается, понять механизм его действия, в них нет. И несмотря на эту чисто научную установку, несмотря на детальнейшее отражение в них увиденного при вскрытиях во всей его конкретности, несмотря даже на уродливость отдельных зарисовок, не чуждую цинизма, они в большинстве своем кажутся пленительно прекрасными, почти с гипнотической силой притягивают взгляд внимательного зрителя, поражают легкостью и чистотой линий, мягкостью переливов, строгостью и ясностью композиции. Неразрывная слитность в Леонардо художника и ученого проявляется в его работах на протяжении всей его жизни.[Приложение 5]