В истории науки долго держался взгляд, высказанный, между прочим, известным английским писателем Уэвелем, автором «Истории индуктивных наук», по которому весь продолжительный период времени между Архимедом, с одной стороны, и Коперником и Галилеем — с другой, был почти бесплодным. Впрочем, Уэвел был один из первых, сделавших исключение для Леонардо да Винчи. Действительно, английскому историку пришлось ознакомиться с писателем конца прошлого века Вентури, который выставил все главные научные положения Леонардо да Винчи, крайне изумившие Уэвела.
В наше время можно считать уже вполне доказанным, что наука не делает таких внезапных скачков через пустое пространство, как думали историки, вовсе не ценившие усилий средневековой науки. Величайшие гении науки рождаются не в пустыне и не создают науки поверх какой-то tabula rasa.
Если в истории искусства еще имеет долю основания мнение, по которому итальянское так называемое Возрождение было прямым продолжением классической древности, совсем минуя средние века, с их готическим, византийским, романским искусством,— то в истории науки такой взгляд совсем уже не выдерживает критики.
Достаточно вспомнить, например, о высокоразвитой венецианской, флорентийской и миланской промышленности, о многочисленности фабрик, которыми была тогда усеяна Италия, чтобы догадаться, что в подобной стране должны были стоять на сравнительно высокой ступени различные области прикладных знаний и что именно эта благоприятная почва и могла породить сначала Леонардо да Винчи, а потом Галилея.
Два обстоятельства, однако, сильно задерживали рост и развитие тогдашней науки: первое — то, что теория стояла как-то особняком от практики, второе — что как в теории, гак и в практике господствовал самый узкий дух сектантства и строжайшей профессиональной тайны. Официальная наука, то есть та, которая преподавалась в итальянских университетах, не имела ничего общего с действительной жизнью и была насквозь пропитана схоластикой, цеплявшейся за Аристотеля, которого, впрочем, не понимала. Замечательно, что в своих первых источниках схоластика, под видом так называемого номинализма и реализма, была все-таки ближе к философии и науке, чем в конце XV века, когда схоластическое учение, так сказать, дошло до процесса саморазложения. Достаточно напомнить, что в итальянских университетах разбирались серьезнейшим образом вопросы вроде следующего: «Из какого вещества — материального или нематериального — состояла одежда ангела, благовествовавшего Св. Деве».
От подобных диспутов один шаг до полного индифферентизма и скептицизма. Но по университетам нельзя еще судить о состоянии знаний. Необходимо ознакомиться с тогдашней торговлей, промышленностью, военным искусством. Надо вспомнить, что, например, город Лукка лишь благодаря своим шелковым заводам достиг необычайного процветания; что Болонья, обладая особого рода ткацкими станками, настроила мраморные дворцы, и когда секрет был узнан и модель машин украдена другими городами, 30 000 рабочих были выброшены на улицу. Венеция обладала своим секретом искусного производства стекла; флорентийское сукно представляло нечто единственное в своем роде. Промышленность теснейшим образом сливалась с целым рядом эмпирических знаний и с искусством: мы уже видели, что Леонардо в молодости рисовал картины, по которым ткались ковры.
До какой степени ценились в то время в Италии технические изобретения, видно из того, что продажа технического секрета наказывалась смертью и что Рожер Сицилийский объявил войну Греции с главной целью отобрать у греков станки, необходимые для его шелковых фабрик.
Удивляться ли после этого тому, что Леонардо, с его впечатлительной натурой, с юности имел склонность к механике и технике и называл даже механику «раем математики, потому что в ней пожинаются плоды того, чему учит математика». Как далека эта точка зрения от взглядов величайшего механика древности Архимеда, который, по словам Плутарха, потому мало писал о механике, что считал это знание гораздо более низким, чем математика, потому что «низко все, что имеет непосредственное практическое значение», тогда как наука должна быть, по мнению древних, сама себе целью.
При всей своей талантливости ни древние греки, ни, тем менее, древние римляне не выработали настоящих экспериментальных методов, требующих много ремесленного труда, который, с их точки зрения, свойственен скорее рабам, чем философам. В Италии такой же взгляд мог господствовать в университетах, но жизнь давно отринула его.
- Величайшая заслуга Леонардо да Винчи состоит «в том, что он раньше Бэкона теоретически понял значение опытного исследования и раньше Галилея сумел применить экспериментальный метод к самым разнообразным областям знания.
Леонардо да Винчи обладал весьма солидной научной подготовкой. Он был, без сомнения, отличный математик, и, что весьма любопытно, он первый в Италии, а может быть и в Европе, ввел в употребление знаки «+» (плюс) и «-» (минус). Он искал квадратуру круга и убедился в невозможности решения этой задачи, то есть, выражаясь точнее, в несоизмеримости окружности круга с его диаметром. Отношение между этими величинами, говорил Леонардо, может быть выражено с желаемым приближением, но не абсолютно точно. Леонардо изобрел особый инструмент для черчения овалов и впервые определил центр тяжести пирамиды. Изучение геометрии позволило Леонардо впервые создать научную теорию перспективы, и он был одним из первых художников, давших пейзажи, сколько-нибудь соответствующие действительности. Правда, у Леонардо пейзаж еще несамостоятелен, это декорация к исторической или к портретной живописи, но какой огромный шаг по сравнению с предшествующей эпохой, и сколько тут ему помогла верная теория!
«Перспектива,— говорит Леонардо,— есть руль живописи. Она разделяется на три части: 1) укорачивание линий и углов, 2) ослабление окраски предметов находящимся между глазом зрителя и предметами слоем воздуха, 3) ослабление контуров».
Но более всех областей науки занимали Леонардо различные отрасли механики. Было бы наивно думать; что все, сообщаемое в его рукописях, изобретено им: многое, очевидно, взято лишь в виде примера из тогдашней техники, и в этом отношении манускрипты Леонардо превосходно иллюстрируют эпоху. Но во многих случаях мы, несомненно, имеем дело с гениальным усовершенствователем и изобретателем, одинаково сильным и в теории, и в практике.
Теоретические выводы Леонардо в области механики поражают своей ясностью и дают ему почетное место в истории этой науки, в которой он является звеном, соединяющим Архимеда с Галилеем и Паскалем.
В университетах того времени механику изучали по Аристотелю. Аристотель, как известно» был далек от ясных представлений Архимеда, вполне обосновавшего теорию рычага. Аристотель смутно сознавал закон, высказанный гораздо позднее Галилеем и вполне научно обоснованный д'Аламбером, по которому то, что выигрывается в скорости, теряется в силе, и наоборот; но в сочинениях Аристотеля закон этот только чуть-чуть угадывается, а именно сказано, что длинное плечо рычага "преодолевает большую тяжесть", потому что «более длинный радиус движется сильнее (следовало сказать, наоборот, движется медленнее), чем более короткий».
Последователи Аристотеля перепутали даже то, что он сказал, и более всего им понравилась его «энтелехия» — нечто вроде современного понятия о потенциальной, или скрытой, энергии, но только весьма смутное, неопределенное и почти непонятное. Один из комментаторов Аристотеля, не будучи в состоянии перевести этот мудреный термин на латинский язык, в отчаянии обратился, наконец, к помощи дьявола. «Враг рода человеческого,— повествует он,— явился на мой зов, но сказал такую бессмыслицу, которая была еше темнее и непонятнее оригинала. Тогда я удовольствовался своим собственным переводом: perfectihabUia — совершенственность». В сущности, Аристотель подразумевал под энтелехией способность развивать движение, но, не обставив это понятие ни математическими, ни опытными данными, сделал его бесплодным.
Леонардо да Винчи стоял совершенно в стороне от школьных физических и механических теорий. Он внимательно изучил Архимеда, которого часто цитирует, и старался пойти далее. Часто ему это удавалось. С замечательной ясностью излагает ученый-художник в общих, крупных чертах теорию рычага, поясняя ее рисунками; не остановившись на этом, он дает чертежи, относящиеся к движению тел по наклонной плоскости, хотя, к сожалению, не поясняет их текстом. Из чертежей, однако, ясно, что Леонардо на 80 лет предупредил голландца Стевина и что он уже знал, в каком отношении находится вес двух грузов, находящихся на двух смежных гранях треугольной призмы и соединенных между собой посредством нити, перекинутой через блок.
Леонардо исследовал также задолго до Галилея продолжительность времени, необходимого для падения тела, спускающегося по наклонной плоскости и по различным кривым поверхностям или разрезам этих поверхностей, то есть линиям. Любопытно, что он предварил даже ошибку Галилея, который вместе с ним заблуждался, думая, что скорее всего тела падают, двигаясь по вогнутой стороне дуги круга, тогда как в действительности линия самого быстрого падения есть кривая более вытянутая, чем круг, и называемая циклоидой; эту кривую открыл уже в XVII веке Паскаль, но еше в XVIII столетии Вентури пытался доказать справедливость мнения Леонардо да Винчи и Галилея. Еще более любопытны общие начала, или аксиомы, механики, которые пытается установить Леонардо Многое здесь неясно и прямо неверно, но встречаются мысли, положительно изумляющие у писателя конца XV века.
«Ни одно чувственно воспринимаемое тело,- говорит Леонардо,- не может двигаться само собою. Его приводит в движение некоторая внешняя причина, сила.
Сила есть невидимая и бестелесная причина в том смысле, что не может изменяться ни по форме, ни по напряжению. Если тело движимо силой в данное время и проходит данное пространство, то та же сила может подвинуть его во вдвое меньшее время на вдвое меньшее пространство. Всякое тело оказывает сопротивление в направлении своего движения. (Здесь почти угадан ньютоновский закон действия, равного противодействию). Свободно падающее тело в каждый момент своего движения получает известное приращение скорости.
Удар тел есть сила, действующая в течение весьма недолгого времени».
Определение, годное даже до настоящего времени!
Леонардо решительно отрицает возможность реrpetuum mobile, вечно движущееся без посторонней силы механизма. По его теории, всякое отраженное движение-слабее того, которое его произвело. Опыт показал ему, что шар, брошенный о землю, никогда (вследствие сопротивления воздуха и несовершенной упругости) не поднимается на ту высоту, с которой он брошен. Этот простои опыт убедил Леонардо в невозможности создать силу из ничего и расходовать работу без всякой потери на трение и т. п.
Как живо интересовали Леонардо механические вопросы, видно из порой курьезных примечаний и восклицании, которыми пестрят поля его рукописей. Иногда он, подобно Архимеду, готов воскликнуть "эврика", иногда он, наоборот, недоволен своим объяснением и пишет «Falso! non e desso! erraio!». А порою даже встречаются восклицания вроде «чертовщина!» О невозможности вечного движения он пишет: «Первоначальный импульс должен рано или поздно израсходоваться, а потому, в конце концов, движение механизма прекратится». Неудивительно после этого, что Леонардо предупредил Кулона в опытах над трением — одной из главных причин ослабления и прекращения движения. Опыты Леонардо убедили его, что трение зависит от веса тела, движущегося по неровной поверхности. «На гладкой плоскости,— говорит Леонардо,— трение равно четверти веса движущегося по ней тела». Это — первая попытка определить так называемый коэффициент трения. Сверх того, Леонардо, как практический механик и инженер, производил опыты над сопротивлением балок и других материалов разрыву, сжатию и сгибанию.
Весьма любопытны его механические объяснения движения живых организмов, например ходьбы человека и бега лошади. Эти объяснения мало чем отличаются от современных. Леонардо говорит, что во время ходьбы человек или животное теряет положение равновесия, перемещая свой центр тяжести. «При восстановлении равновесия животное находится в состоянии покоя». Исходя из этих начал, Леонардо нарисовал чертежи «практического фехтования», которые подарил учителю этого искусства, Бори. Не менее замечательны работы Леонардо да Винчи в области гидростатики и гидродинамики. Почти все механизмы, придуманные им, были забыты недальновидными современниками и ближайшим потомством; но его гидравлические сооружения, как в Италии, так и во Франции, не могли не обратить всеобщего внимания, и сочинения Леонардо по гидравлике весьма часто упоминались последующими авторами. Правда, ученый-художник не сумел выработать тех основных начал гидростатики, которые впоследствии были найдены Паскалем, но он весьма близко подошел к ним, не уступая в ясности своих воззрений Галилею.
Он, например, знал уже, что в двух сообщающихся сосудах жидкость стоит на одинаковом уровне, если плотность ее одинакова. При этом Леонардо дает рисунок, из которого видно, что он знал или угадывал закон, гласящий, что давление жидкости на дно не зависит от формы сосуда.
Он знал также, что менее плотная, например, нагретая, жидкость должна подняться выше, чем сообщающаяся ней более плотная жидкость, и на этом основал свою теорию морских течений: по мнению Леонардо, у экватора вода стоит выше, чем в умеренных широтах, и вследствие нарушения равновесия происходят течения. Леонардо пытался измерить скорость истечения воды из сифона. Его занимала также теория водоворота. Имея довольно ясное понятие о центробежной силе, он заметил, что «вода, движущаяся в водовороте, движется так, что те из частиц, которые ближе к центру, имеют большую вращательную скорость. Это — поразительное явление, потому что, например, частицы колеса, вращающегося вокруг оси, имеют тем меньшую (линейную) скорость, чем они ближе к центру: в водовороте мы видим как раз обратное. Впрочем, если бы вода вращалась подобно колесу, то могло бы существовать внутри водоворота пустого пространства, а на самом деле водоворот представляет как бы насос».
Еще более отчетливы и замечательны воззрения Леонардо на волнообразное движение. Чтобы пояснить характер этого движения, он употребляет сравнение, впоследствии перешедшее в сотни учебников и встречающееся даже в лекциях Тиндаля. «Волна,— говорит он,— есть следствие удара, отраженного водой. Волны движутся весьма подобно тому движению, которое производит ветер, когда он колеблет колосья: в этом случае мы также видим движение волн, хотя стебли вовсе не движутся вперед на такое расстояние и с такой скоростью». «Часто,—говорит Леонардо,—волны движутся быстрее ветра. Это происходит оттого, что импульс был получен, когда ветер был сильнее, чем в данное время. Скорость волны не может измениться мгновенно». Чтобы пояснить движение частиц воды, Леонардо начинает с классического опыта новейших физиков, то есть бросает камень, производя круги на поверхности воды. Он дает чертеж таких концентрических кругов, затем бросает два камня, получает две системы кругов и задается вопросом, что произойдет, когда обе системы встретятся? «Отразятся ли волны под равными углами? — спрашивает Леонардо и прибавляет; — Это великолепнейший (bellissimo) вопрос». Затем он говорит: «Таким же образом можно объяснить движение звуковых волн. Волны воздуха удаляются кругообразно от места своего происхождения, один круг встречает другой и проходит далее, но центр постоянно остается на прежнем месте».
Этих выписок достаточно, чтобы убедиться в гениальности человека, в конце XV века положившего основание волнообразной теории движения, которая получила полное признание лишь в XIX столетии.
В области практической физики Леонардо также высказал замечательную изобретательность. Так, задолго до Соссюра, он соорудил весьма остроумный гигрометра. На вертикальном циферблате находится род стрелки или весов с двумя шариками равного веса, из которых один из воска, другой из ваты. В сырую погоду вата притягивает воду, становится тяжелее и перетягивает воск, вследствие чего рычаг подвигается, и по количеству пройденных им делений можно судить о степени влажности воздуха.
Кроме того, Леонардо изобретал разные насосы, стекла для усиления света ламп, водолазные шлемы. Он первый в Италии изобрел плавательный пояс. Особенно занимало его воздухоплавание. Еще в детстве Леонардо был страстный любитель птиц, и в одной из своих рукописей он замечает: «Птицы меня радовали в самом раннем детстве, и когда я был еще в колыбели, меня, говорят, посетил однажды большой коршун, не причинив мне зла». Находясь во Флоренции, Леонардо часто покупал множество птиц с единственной целью выпустить их на волю. При этом он постоянно изучал полет птиц и занимался анатомией птичьего тела. Некоторые из сооруженных Леонардо механизмов с целью подражать полету птиц доказывают глубокое знание им анатомии. Всего любопытнее, что Леонардо еще в XV столетии изобрел парашют («зонтик в 12 локтей», как он выражается) и производил опыты с маленькими шариками и призмами из тончайшего воска, которые надувал теплым воздухом, заставляя их таким образом летать.
Еще Вентури утверждает, что Леонардо раньше Кардана (1550 год) и Порты (1558 год) изобрел камеру-обскуру. Теперь это вполне доказано, благодаря исследованиям Гроте, который нашел у да Винчи соответствующие рисунки и описания. Леонардо стоял на шаг от изобретения телескопа: он говорит, что если бы устроить снаряд, в котором лучи имели такой ход, как внутри нашего глаза, это дало бы возможность увеличивать видимые нами небесные тела. В другом месте Леонардо говорит, что человеческий глаз обладает «кристаллической сферой, которая посылает уму явления».
Ученый-художник соорудил даже«искусственный глаз» с целью показатьход лучей внутри нашего глаза, Леонардо знал явление, смущавшее даже новейших физиков, а именно так называемую иррадиацию, в силу которой белый предмет на черном поле кажется более, чем равныйему по величине черный на белом поле.Леонардо объясняет это явление тем,что когда свет исходит от более яркой поверхности,то впечатление, оказываемое им на сетчатую оболочку, распространяется на более широком пространстве, захватывая соседние нервы, а не толькоте, на которые непосредственнодействует переданное хрусталикомизображение. Объяснение в высшей степени остроумное. Леонардо пользовался знанием законов иррадиации не только в своем трактате о живописи, нои в некоторых картинах, например, в «Madonna dell`an- gello».
Явление полутени было в совершенстве изучено Леонардо, и он постоянно пользовался им в живописи. Что касается теории цветов, то он исходил из того положения, что «белый цвет есть причина всех цветов» и что наиболее гармонирующими между собой должны считаться цвета радуги. Любопытны некоторые его отрывочные замечания: «Голубой цвет,— говорит он, как бы предугадывая новейшие теории цвета небесного свода,— происходит отсоединения чистейшего белого с парами воздуха». Леонардо считал в радуге не семь цветов, а восемь: тонкий глаз художника ясно различал то, что смешивается обыкновенным зрением.
В области прикладной физики весьма интересна изобретенная Леонардо паровая пушка. Действие ее состояло в том, что в сильно нагретую камеру вводилась теплая вода, мгновенно превращавшаяся в пары, которые своим давлением вытесняли ядро. Кроме того,он изобрел вертел, вращавшийся посредством токов теплого воздуха.
В качестве военного инженера Леонардо много занимался металлургией, причем замечательно, что он не верил в тогдашнюю алхимию. Приведя мнение одного алхимика, что ртуть есть будто бы семя всех металлов, Леонардо замечает; «Это сомнительно, потому что такой взгляд противоречит бесконечному разнообразию природы».
Не менее замечательны размышления Леонардо по вопросам физической астрономии и геологии. Он говорит,например, что мерцание звезд есть явление субъективное, зависящее от свойств нашего глаза; он знает, что Луна светит не собственным, а отраженным от Солнца светом, и говорит, что для жителей Луны Земля показалась бы таким же светилом и что Земля, в свою очередь, освещает Луну. Он является одним из первых основателей геологии, развивая «нептуническую» теорию и утверждая,что находимые в горах ископаемые раковины были некогда отложены морем. Леонардо смеется над господствовавшим тогда учением, будто эти раковины выросли под влиянием звезд. «Покажите мне,— говорит он,—теперь такое место в горах, где бы звезды могли фабриковать раковины разного возраста, разных форм и видов», Вентури полагает, что геологические теории Леонардо были главной причиной, которая заставляла многих современников считать его почти еретиком.
О географических познаниях Леонардолучше всего свидетельствует тот факт, что в Лондонском музее хранится начерченная им по указаниямизвестного Америго Веспуччи первая карта Америки.
Как художник, рисовавший множество этюдов листьев и деревьев, Леонардоинтересовался ботаникой и высказал весьма любопытные мысли об образованииколец древесины,о расположении ветвей и листьев и т. и. Он же первый изобрел способ отпечатывания листьевсо всеми их тонкими жилками —искусство, вновь открытое в нашем столетии.
Нельзя обойти молчанием различные военные изобретения Леонардо.Уже было упомянуто о его паровой пушке, которая гораздо более, чем паровыеигрушки древних греков иримлян, может считаться предшественницеймашины Уатта. Теперь вполне уместно еще раз обратиться к знаменитомуписьму, в котором ученый-художник сам себярекомендовал миланскому герцогу ЛодовикоМоро, и рассмотреть это письмо как памятник, относящийся к истории военного искусства и техники.
В одном из «пунктов» своего письма к Лодовико МороЛеонардо пишет: "Я умею сооружать особые орудия, которые бросают град снарядов,распространяющих сверх того густой дым, вносящий смятение в ряды врагов". Чертежи,которые дает Леонардо в своих манускриптах, поясняют его мысль. В этих чертежахвстречаются самыеразнообразные формы разрывных снарядов иснарядов, снабженных трубками, извергающими пламя и дым при помощи пороха, смолы и серы, заключеннойвнутри снарядов. Изобретательность Леонардо в этой области почти неисчерпаема, и, если только он непреувеличивает, некоторые из его бомб разбрасывали осколки в районе не менее 100 локтей.
Остроумныизобретенные Леонардо землекопательные машины, состоящие из сложной системы рычагов,движущих одновременно десятки лопат. В виде курьеза можно указать также на изобретенные им колесницыс вращающимися серпами, которые, врезаясь в неприятельскую пехоту,должны были косить солдат. Удивительно, как Леонардо не пришло в голову применитьэти или подобные снаряды, весьма напоминающие наши жатвенные машины, к уборке хлеба. Пособственному сознанию Леонардо, эти «колесницы с серпами» не оправдалиего надежд, так как лошади пугались и производили смятение не во вражеских, а в своих рядах. Гораздо более важны чертежи и объяснения да Винчи,относящиеся к сверлению пушечных жерл и к отливке различных частей орудия.
Особенно интересовался он различнымибронзовыми сплавами, тем более что бронза была ему нужна еще для памятника Франческа Сфорца. Весьма подробно исследовал Леонардо обстоятельства полета снарядов, интересуясь этим предметом не только как артиллерист, но и как физик. Он разбирал такиевопросы, как, например, какую форму ивеличину должны иметь зерна порохадля более скорого сгорания или для более сильного действия? Какой формы должна бить картечь для более быстрого полета? На многие из таких вопросов исследователь отвечает весьмаудовлетворительно.
Весьма любопытно водной из рукописей Леонардо указание на то, что он написал целый трактат очастях машин, который и цитирует в своих сочинениях по военному искусству.Трактат не сохранился, и об этом случае следует пожалеть. Между прочим, каквидно из цитат,в этом сочинении были указаны простые способы вычислять действие зубчатых колес исложных блоков (полиспастов),которыми Леонардо часто пользовался для подъематяжестей. Об изобретательности его в области механики свидетельствует еще тот факт, что он уже знал весьма остроумный механизм, известный под именем «привеса Кардана», вследствие того, что изобретение его приписывалось математику Кардану, жившему почти целым столетием позднее Леонардо.
Удивительно, какимобразом история науки до сих пор еще не вполне оценилазначение научных работ Леонардо, который за 40 лет до Коперника и задолго до новейших опытов Фуко знал уже, что камень, брошенный с высотыбашни, не падает к ее основанию, а отклоняется в сторону, и приписывал этоявление вращению Земли, в чемлегко убедиться уже из одного заглавияего трактата («Delia discesa de'gravi combineta colla rotazione della terra» — «О падении тяжелых тел, соединенном с вращением Земли»). В эпоху, когда химия была алхимией,Леонардо объясняетгорение свечи, говоря, что пламя питается воздухом и чтовнутренняя часть пламени светит менее по той причине, что в ней сгорание неполно,Леонардо пишетцелый трактат «О пламени и воздухе», тогда как в XVII веке Декарт еще неумеет объяснить явлений горения, воображая, что их следует приписать его знаменитым «вихрям».
Леонардо говорит о «жизненном воздухе», подобно тому как Шееле говорил об«огнетворном воздухе», пока, наконец, Лавуазье не исследовал более точно свойствакислорода. После этого можно поверить, что Леонардо предупредил даже Фультона:уверяют, что он устроил барку, двигавшуюся против ветра, и если сопоставить этоизобретение с тем, что достоверно известно о его «паровой пушке», то нетруднопредположить,что барка приводилась в движение действием пара!
Рисунок этой барки находитсяв наиболее знаменитой из рукописей Леонардо*.