Глава 3
Микрография
Трудно указать такую отрасль науки или техники XVII в., которая не была бы известна Гуку. Он занимался физикой, химией, биологией, геологией, астрономией, палеонтологией, физиологией. Он прекрасно чертил и рисовал, знал архитектуру и производство строительных работ, был замечательным гравером, любил музыку. Но основной его специальностью являлась механика, которую он знал, пожалуй, лучше всех своих современников, а в технике эксперимента он соперников просто не имел. Кроме того, Гук был хорошим (но не творческим) математиком. Заинтересованность проблемами астрономии и навигации привела Гука к оптике: так возникла его знаменитая “Микрография”.
На первый взгляд может показаться, что эта книга — результат его микроскопических исследований. На самом деле это не так: в “Микрографии” нашли отражение многие из вопросов, которыми Гук занимался в начале своей научной деятельности. В книге описаны 57 экспериментов, выполненных при помощи микроскопа, и три телескопических опыта. Книге предшествует введение, в котором Гук излагает свои соображения относительно современной ему науки. Он утверждает, что человек “управляет вещами”, что он не удовлетворяется тем, что получает от природы, но “рассматривает, сравнивает, изменяет, приспособляет и улучшает” получаемое от природы для различного использования. А поскольку орудиям, которыми мы работаем,— нашим чувствам и памяти, а следовательно, и нашим рассуждениям присуще заблуждение, т° “необходимо принять некоторые меры для предотвращения этой опасности”. Утверждения Гука в сущности сводятся к тому, что человек должен корректировать свои наблюдения, предположения и рассуждения с помощью эксперимента. То, что показывают нам наши органы чувств, необходимо проверить с помощью соответствующих инструментов. В этом случае зрению окажут помощь микроскоп и телескоп, слуху — слуховой аппарат; органам чувств помогут также барометры и термометры, лабораторные испытания, памяти — изложение точной информации в определенном порядке.
Титульный лист “Микрографии” Гука
Гук не был первым ученым, использовавшим микроскоп в научных целях. Однако “Микрография” явилась значительным событием в развитии науки, и Гук вскоре после выхода книги в свет приобрел большую известность в Англии, а затем и за рубежом. Первоначальная история микроскопа не совсем ясна, и он долгое время был всего лишь интересной игрушкой. По-видимому, микроскоп был изобретен в конце XVI в.; среди его изобретателей называют голландского очкового мастера Захария Янсена из Мидделбурга (юго-западная часть Нидерландов) . Не было ясности и в объектах исследования: знали, что изучение малых частиц вещества может помочь в познании самого вещества, однако микроскопы XVII в. были слишком слабы для этой цели. О возможности же применения микроскопа для изучения тканей растений, животных и человеческого тела никто не задумывался. В течение полувека, вплоть до 60-х годов, никто даже не пытался использовать микроскопическое видение для исследований в области анатомии или медицины. Правда, в микроскоп рассматривали муху, пчелу: сам Галилей в одном из писем 1619 г. заметил, что любопытно посмотреть на муху в размере теленка. Поучительно было рассматривать волосы на ногах насекомых, их суставы и их сложные глаза, но за этой занимательностью еще не стояла наука: в то время насекомыми почти не интересовались. Однако постепенно и этот предмет становится объектом изучения. В 1644 г. Годиерна из Палермо изучил сложные глаза 34 видов насекомых, в 1646 г. Фонтана из Неаполя посвятил насекомым четыре страницы своей книги “Новые наблюдения над небесными и земными вещами”, в 1651 г. Пьер Борель издал свою “Сотню микроскопических наблюдений”, в которой описал несколько открытий, относящихся к анатомии и к энтомологии.
У Гука были и непосредственные предшественники. “Один из них заслуживает отдельной похвалы по иному случаю: дело идет о Марчелло Малапиги, великом итальянском микроскописте. В 1661 г. он выпустил в Болонье
в форме письма к Джован Альфонсо Борелли свою первую и основополагающую работу “Анатомические наблюдения легких”, исключительной редкости памфлет в лист. Это было первое применение микроскопа к анатомии, а затем и к физиологии, которую Малапиги продвинул вперед своими “Четырьмя анатомическими письмами” в 1665 г. Теперь следует сразу же перейти от Малапиги к Генри Пауэру, чье имя уже мимоходом упоминалось ранее, так как Пауэр был первым англичанином, опубликовавшим наблюдения при помощи микроскопа в своей “Экспериментальной философии” от 1664. Высказывалось предположение, что Пауэр следовал примеру Гука, но очевидно это не так, поскольку бумаги Пауэра свидетельствуют о его микроскопических занятиях в течение ряда лет, задолго до того, когда он смог бы узнать о труде Гука. Паэур не внес очень большого вклада в развитие этой новой отрасли науки, однако его работа далеко не бесполезна; некоторые из его описаний можно было бы поставить рядом с соответствующими описаниями из “Микрографии” без какого-либо умаления” *.Первые микроскопы состояли из объектива и вогнутого окуляра. В 1646 г. Фонтана применил вместо вогнутого окуляра двояковыпуклую лупу и соэдал таким образом “классическую” схему сложного микроскопа. В Лондоне изготовлением микроскопов занимался оптический мастер Ричард Рийвс, который, в частности, сделал микроскоп для Пауэра. Микроскопы Рийвса имели три линзы; маленькие объективы были, как правило, сменными и ввинчивались в деревянный корпус, вклеенный в картонную трубку, поэтому для того, чтобы установить прибор на фокус, нужно было вращать весь корпус микроскопа. Гук с
целью увеличения ноля зрения микроскопа прибавил к окуляру второе собирательное стекло. Недостатком первых микроскопов было плохое освещение рассматриваемого объекта: с этой целью Гук устроил приспособление, состоящее из сферы, наполненной водой, или из плоско-выпуклой линзы, фокусировавшей свет. В вечернее время или в случае плохой погоды Гук пользовался лампой, свет от которой пропускал через линзу.
Микроскоп Гука с приспособлением для освещения
Среди значительных открытий Гука, описанных в “Микрографии”, следует отметить несколько наиболее важных, относящихся к оптике, к теории тепла, к палеонтологии, к биологии, а также к астрономии. Кроме того, большую роль для развития науки сыграло художественное оформление книги. Иллюстрации, выполненные и гравированные самим Гуком на 32 таблицах, были выдающимся явлением не только для своего времени: их воспроизводили в руководствах по естественной истории вплоть До XIX в. Позже даже Левенгук не сумел сделать ничего подобного. Кстати, уже в конце столетия Гук жаловался на падение интереса к микроскопическим исследованиям и указывал на Левенгука как на единственного исследователя в этой области. Левенгук не знал английского языка, но импульс для его работы дали, по-видимому, все те же гравюры Гука.
Гук был в первую очередь механиком и физиком. Биологические исследования не лежали в области его основах интересов, хотя в “Микрографии” им и уделено основное внимание, вероятно, ввиду своеобразной “традиции".
Темы наблюдений, рассмотренных Гуком, распределяются следующим образом: объекты человеческой деятельности (бритва, иголка...) — 5; неорганические вещества — 5; элементы растительного происхождения—15; раз-личные насекомые — 23; прочие органические элементы —3. Остальной материал составляют наблюдения, посвященные общим теоретическим рассуждениям в области теории света и цветов, а также несколько телескопических наблюдений небесных тел. Как правило, Гук сопровождает свои описания теоретическим анализом соответствующего объекта или явления. В частности, его заинтересовали наблюдения изменения в окраске тонких прозрачных или полупрозрачных пленок (мыльные пузыри, масляные пленки), помещаемых в световой пучок. Гук исследовал характер окрашивания и постарался пояснить его, так как это явление нельзя было объяснить с помощью традиционных теорий, например теории Декарта. Гук, пытаясь объединить все подобные явления общей теорией света, искал какие-либо связи между этими
явлениями и более известным — преломлением луча света, пропускаемого через призму. В связи с этим Гук предположил, что свет состоит из очень быстрых и коротких вибрационных движений некоторой прозрачной среды, через которую он может проходить. Иначе говоря, свет состоял “из потока биений, исходящих из источника”2. По мнению Гука, нормальный свет является белым. В случае же преломления линия пульсирований света перестает быть нормальной к направлению луча и в результате этого наблюдается нарушение простоты белого света и появляются разные цвета. Итак, “голубой цвет является впечатлением на ретине от косого и беспорядочного пульсирования света, когда предшествует его слабая часть, а сильная часть— следует... Красный цвет является впечатлением на ретине от косого и беспорядочного пульсирования света в случае предшествования сильной его части и отставания слабой”3. Порядок появления цветов в тонких пластинах слюды, по мнению Гука, такой же, как и в радуге.Эти положения Гука и явились основанием для его дальнейших споров с Ньютоном о составе света.
Гук развил в “Микрографии” своеобразную теорию тепла и сгорания. Он указывает, что “тепло является свойством тела, возникающим от движения или колебания его частей”
4. Природу этого явления он описывает следующим образом:“Поскольку воздух, в котором мы живем, движется и дышит... этот воздух является питателем или всеобщим 'растворителем всех сернистых тел.
Во-вторых, это свое действие он не выполняет до тех пор, пока тело сперва не будет в достаточной степени нагрето...
В-третьих, указанное действие растворения производит или порождает очень большое тепло, которое мы называем огнем.
В-четвертых, это действие происходит с такой стремительностью и действует так точно и так быстро взбалтывает мельчайшие части горючего вещества, что оно производит в среде воздуха действие или пульсацию света...
В-пятых, растворение сернистых тел достигается субстанцией, присущей и смешанной с воздухом, подобной, если не той же самой, что и та, которая содержится в селитре; это, по моему мнению, будет с полной очевидностью доказано множеством экспериментов, выполняемых над селитрой” \
Таким образом, процесс сгорания, по Гуку, является нормальным химическим процессом растворения тела экзотермически в растворителе. Это утверждение связано с химической традицией Парацельса
8 и относится к классу реакций между “серами” и “солями”. Поэтому Гук и рассматривал сгораемость как типичную “сернистую” характеристику, а действие растворителя как типичную характеристику “соли”; в роли последней здесь выступает селитра. Естественно, Гук по предполагал, что селитра “развеяна” по воздуху, не полагал он также и того, что воздух сам принимает участие в сгорании. По его предположению, нечто неизвестное является растворителем сгораемых тел; это же неизвестное входит и в состав селитры. Сложный состав последней был определен Робертом Воплем.Гук пытался выяснить роль воздуха и субстанций, содержащихся в нем, в феномене горения. Но это лишь одна сторона дела, так как иэ его рассуждений следует, что он намеревался оценить роль воздуха вообще, расширяя само понятие горения. Очевидно, подобных же воззрений придерживался и Бойль, и некоторые другие члены Королевского общества. Но идея принадлежала несомненно Гуку, и никто у него ее не оспаривал, в противном случае па это указал бы сам Гук, который на протяжении всей своей жизни относился к Бойлю с глубочайшим уважением и скорее преуменьшал, чем преувеличивал свою роль в совместной с ним работе.
Гуковская “теория горения” содержится в наблюдении № 16, посвященном древесному углю
7 и др. В наблюдении № 7 он ясно различает процесс горения, для которого необходимы воздух и тепло, возникающее в теле от движения или колебаний его частей. Оп сравнивает сгорание с дыханием: и в том и в другом процессе, по мнению Гука, воздух теряет свою часть или часть своих свойств.Итак, Гук оказался ближе к истине, чем ученые XVIII в., развивавшие теорию флогистона, и для решения проблемы ему оставалось совсем немного. Но колоссальная перегруженность и в этом случае не позволила ему довести дело до конца. Все же оп продолжал интересоваться вопросами горения и выполнил ряд новых экспериментов. С помощью воздушного насоса Гук показал, что если из сосуда выкачать воздух, то горение прекратится. В 1671 г. он провел в
замкнутом помещении эксперимент над собой и установил, что при атмосферном давлении, равном 3/4 нормального, в ушах возникает боль и появляются признаки глухоты. Он также показал, что в замкнутом сосуде, из которого удален воздух, животные и растения жить не могут.Важным открытием Гука является признание того, что ископаемые окаменелости в действительности — не своеобразная игра природы, как утверждали многие естествоиспытатели, а остатки реально существовавших животных и растений, “по причине каких-то природных явлений (землетрясений, наводнений или иных), перенесенных на то место, где они впоследствии и были найдены”. К такому выводу он приходит в результате микроскопического исследования этих тел
8.Рассуждая об окаменелых остатках животных и растений, Гук приводит ряд аргументов для подтверждения своих идей. Он указывает
9, что форма ископаемых раковин, их внутреннее и внешнее строение ничем не отличаются от тех раковин, которые принадлежат живым существам. Природа, по словам Гука, “не может создать два тела, абсолютно подобные друг другу, одно из них — абсолютно бесполезное, а другое составляет часть животного. При этом природа не допускает никаких изломов и резких изменений форм”. Но раковины, обнаруженные внутри камней, обычно находятся в поломанном состоянии, и их куски зачастую удалены друг от друга. Это также доказывает, что раковины эти принадлежали живым существам.Позже Гук еще раз исследовал вопрос об окамене-лостях растительного происхождения: “В мемуаре от 31 июня 1692 г.,— пишет он,— я нашел наблюдение, касающееся окаменелой субстанции, найденной и изученной Королевской академией, с некоторыми замечаниями, сделанными г-ном де Лагиром, и поскольку оно однозвучно с некоторыми лекциями, прочитанными мною здесь, то я решил, что оно сможет поддержать в некотором роде ту доктрину, которую я изложил ранее. Поэтому прежде чем разбирать это наблюдение, я перевел его на английский язык.
Кабинеты (так говорится) куриозных вещей наполнены всякими видами окаменелостей, как-то: растениями, плодами, деревьями, а также различными частями животных, однако натуралисты еще не пришли к соглашению относительно их происхождения. Некоторые считают, что это — камни, случайно приобретшие такую форму, но другие предполагают, что они произведены с помощью воды, которая имеет силу преобразовывать эти различные субстанции в камень, если они пробыли в ней длительное время; для каждого мнения подбираются соответствующие резоны.
Глаз мухи. Рисунок и гравюра Гука
Г-н аббат де Лувуа прислал в Академию окаменелость, которая может послужить для разрешения этого противоречия, а именно два куска ствола пальмы, превращенного в камень. Они были привезены из Африки вместе с двумя другими кусками ствола пальмы, но не окаменелыми, и лучше всего будет сравнить их между собой. Окаменелости являются настоящим камнем, как явствует из их твердости, их цвета, некоторой прозрачности, из их звука, ясного и звучного и по их тяжести, которая в дoходящих по величине тех, которые можно сделать при помощи острия маленькой иглы. Они расположены в очень точном и очень деликатном порядке, какой только можно было бы вообразить; располагаются они подобно шахматному порядку и очень похожи на ряды глаз мухи. Эти ряды или порядки являются очень точными, поскольку это поддается наблюдению”
12.Не лишен интереса тот факт, что Гук стремится найти подобие в структуре в самых различных образчиках тканей растительного и животного мира: в строении кожи, тканей грибов, губок. “Что касается кожи,— отмечает Гук,— то микроскоп открывает такое же большое различие между строениями ее у различных видов животных, какое существует между их волосами. Но все, что я заметил до сих пор, что если она выдублена или выделана, то она подобна губке и с виду состоит из бесконечного числа малых длинных фибр или волос, которые выглядят подобно куче пакли. Каждая из этих фибр, очевидно, составляла частицу мускула и, вероятно, при жизни животного выполняла различные его функции и служила для стягивания и расслабления кожи и для растягивания и сокращения ее тем или иным путем”
13. Но для Гука остается непонятным, как кожа при подобной структуре может обладать свойствами эластичности и упругости.Внешняя сторона объектов интересует Гука значительно больше, чем их внутреннее строение. Однако нельзя сказать, что ученый обходит и эту сторону исследования. Он вскрывает шершня и, к своему удивлению, находит внутри его тела разветвления молочно-белых сосудов. Гук считает, что им соответствуют системы артерий и вен больших наземных животных, однако уклоняется от окончательного решения “по причине недостаточности сведений”. В процессе опытов он обнаруживает у некоторых насекомых движения перистальтики. Таким образом, вивисекция насекомых позволяет Гуку познакомиться не только со строением их тела, но и с некоторыми их жизненными функциями.
Подобным образом рассматривает он и растительные организмы. В частности, исследует поры, которые, по его мнению, являются каналами или трубками, проводящими питательные соки по всему растению. И здесь он видит аналогию между этими “каналами” и артериями и венами животных. Следует отметить, что поиски подобной аналогии вообще характерны для биологов XVII в.
Три последних наблюдения в “Микрографии” (№ 58— 60) посвящены телескопическим исследованиям небесных тел. Особенное внимание Гук обращает на явления отражения и преломления света. Так, в наблюдении № 58, посвященном “новому свойству воздуха и некоторых других прозрачных сред”, он касается изменения формы Луны и Солнца вблизи горизонта, появления более красной окраски звезд при приближении к горизонту, явления кажущегося нахождения з-везд над горизонтом, тогда как в действительности они уже находятся под ним. Гук считает, что все эти явления зависят от многократного преломления световых лучей при прохождении их через атмосферу
14. Он рассматривает множество звезд, считая, что по величине их нужно подразделять ие менее чем на 35 порядков. Гук убежден, что по мере совершенствования телескопов будут открываться все новые и новые звезды.В наблюдении № 60 Гук особо останавливается на форме Луны, причем указывает, что ее сферичность — результат действия гравитационных сил. Происхождение лунных кратеров, по его мнению, такое же, как и земных: здесь действовали силы, подобные силам землетрясения и вулканическим.
Представляется все же, что наиболее характерным для этого первого большого труда Гука является то, что автор постоянно проявляет себя в нем как механик. В предисловии к “Микрографии” он утверждает, что нашел “некоторые основания предполагать, что те действия тел, которые обычно приписывались качествам, и те, которые считали тайными, выполняются малыми машинами природы, что нельзя распознать без их помощи, ибо они являются чистым результатом движения, формы и величины”. Эти механические феномены Гук видит везде: треск насекомого он поясняет частотой вибраций крыльев, движение крови в сосудах и сока через поры растений считает подобным подъему воды с помощью насосов. В основании его волновой теории света также лежат механические причины. И, как мы уже видели из приведенных примеров, Гук обращает особенное внимание на форму предметов и на движения, происходящие в живом существе.
Все это совершенно естественно для XV11 в., когда Декарт высказал мысль о подобии животных машинам. Это было тем более легко, что истинного понятия машины тогда не существовало и, следовательно, под него можно было подвести любую структуру, внешне или внутренне управляемую законами механики. В XVII в. развилось учение ятромехаников, и в естественнонаучном творчестве Гука можно найти черты, роднящие его с таким представителем этого учения, каким был Борелли. По мнению Гука, грибы настолько “механичны”, что он помещает их в “цепи бытия” сразу же за кристаллами. “Поскольку,—подчеркивает оп,—я имею возможность рассмотреть сущность этого первого вида жизни и произрастания, я не могу найти пи одного самого слабого аргумента, который бы уверил меня, что в этом случае есть какая-либо иная причина, чем чисто механическая, и что действия или плодовитость так же необходимо следуют из этих причин, как то, что корабль, когда паруса подняты, а руль поставлен в некоторое положение, пойдет, если поднимется ветер, по некоторому пути или курсу в то или иное место”
15.Об этой отправной точке своей “механической философии” Гук говорит неоднократно. Он восхищается тем, что строение тела ничтожных насекомых оказывается не менее сложным, чем строение тела птиц. Но почему? Ответ Гука является двояким. С одной стороны, он утверждает и не забывает повторять, что строение растений и животных отражает волю великого и всемудрого Творца, что все их разнообразие является целесообразным, как целесообразны поры в дереве и в костях животных, ибо они предназначены для движения соков внутри живого существа. С другой стороны, основным агентом у него является природа, которая действует в соответствии с законами механики. Для мелких организмов и насекомых оп допускает самозарождение; по его мнению, жизненная сила сохраняется в гниющей материи, которая и способна поэтому породить живые существа. Завершая эти рассуждения, Гук пишет: “Мы найдем во всех вещах, что природа не только работает механически, но и с такой превосходной и чрезвычайно сжатой, а также и с такой изумительной изобретательностью, что было бы невозможно любым образ-ом найти в мире возможность создать такую же самую вещь, которая обладала бы более подходящими свойствами. И может ли кто-либо быть
настолько глуп, чтобы думать, что все эти вещи являются делом случая? Конечно, если их рассуждение должно быть чрезвычайно развращенным или же они никогда прилежно не рассуждали и не обдумывали творения Всемогущего” 16.“Микрография” несомненно принадлежит к числу классических произведений естественнонаучной литературы, которые не были полностью поняты в свое время и которые можно читать и в настоящее время: столько в этой книге интересных мыслей и замечаний. Мы коснулись только некоторых вопросов, рассмотренных Гуком: их значительно больше. Кроме того, Гук зачастую выходит за рамки исследуемого предмета и начинает анализироать всевозможные идеи и планы, связанные с этим предметом.
Он излагает, в частности, свои идеи о кристаллизации и о структуре кристаллов. Описывая кристаллизацию квасцов и каменной соли, он замечает, что ее можно смоделировать с помощью маленьких шариков. Он сам строит модели этих кристаллов и считает, что подобным образом можно воссоздать все
правильные тела, которые рождаются в процессе кристаллизации. В частности, он указывает на кубическую форму кристаллов квасцов и соди.Рассуждая о звуке, Гук сравнивает скорости распространения звука в воздухе и по тонкой проволоке. При этом он говорит, что во втором случае скорость з-вука в 15 раз больше, чем в первом. По мнению профессора Андраде
17, по-видимому, здесь Гук думал о стальной проволоке как о возможном средстве связи.“Микрография” не осталась в стороне от развития науки: современники изучали ее очень внимательно. Ньютон
\ читал этот труд с пером в руках. Сохранились выписки, ! сделанные им из книги Гука. Ньютон внимательно ознакомился со всем тем, что написал Гук о теории света18. В своем письме Гуку от 5 февраля 1676 г. он говорит: “Вы добавили многие исследования, а в особенности те, где Вы рассуждаете о появлении цветов в тонких пластинках с точки зрения философии... Нет сомнения в том, что Вы сделали и другие весьма значительные эксперименты, кроме опубликованных Вами, и вполне вероятно, что некоторые из них совпадают с теми, которые я описал в моих последних статьях. По крайней мере о двух из них я знаю, что Вы их наблюдали, это — расширение цветных колец при косом зрении и появление черного пятна при соприкосновении двух выпуклых линз и наверху пузырька воды, и возможно, что их было и больше, кроме тех, которые я не делал” 1Э.Несмотря на это признание, Ньютон при публикации своей “Оптики” ни словом не упомянул об исследованиях Гука. Влияние же идей “Микрографии” чувствовалось на протяжении всего XVIII в., и даже в начале XIX в. пользовались гравюрами, выполненными самим Гуком.
Hall A. R.
Hooke's Micrographia, 1665-1965. L., 1966, p. 10.
|
|
 |
