Читать книгу "Десять самых красивых экспериментов в истории науки - Джордж Джонсон"

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».