Алессандро Вольта и Луиджи Гальвани: неоконченный спор
Доктор физико-математических наук В. ОЛЬШАНСКИЙ
В 1801 году в Париже произошло яркое событие, неоднократно описанное историками науки: в присутствии Наполеона Бонапарта состоялось представление работы "Искусственный электрический орган, имитирующий натуральный электрический орган угря или ската" с демонстрацией модели этого органа.
Придя к отрицанию животного электричества, Вольта продолжал работать с широким кругом живых организмов. Главные объекты интереса - электрические органы угрей и скатов. Он анатомирует их восемь лет. При этом мысли все время заняты проблемой: почему два разнородных металла, например серебро и цинк, дают большой физиологический эффект, а дуга из одного металла действует слабо? Наконец, Вольта, имея перед глазами кукурузоподобную структуру электрических органов, начинает собирать в стопку кружки серебра и цинка, прокладывая их смоченным сукном, и получает Вольтов столб. Другой вариант конструкции Вольтова столба - чашечки с электролитом и проволоками разных металлов. Электроциты пресноводных электрических угрей очень похожи на диски, а морских электрических скатов - на чашечки, отсюда два базовых варианта.Зачем для этого технического изобретения физику Вольте понадобились электрические рыбы? С точки зрения современной физиологии электрический разряд в электрических органах и электрические явления в мышцах и нервах качественно похожи. Более того, специалисты сходятся во мнениях, что электрические органы - это модифицированные нервно-мышечные структуры. Главное отличие в том, что в обычных мышцах электровозбуждения отдельных клеток как бы гасят друг друга, а в электрических органах рыб - складываются, позволяя из отдельных электроцитов с напряжением несколько десятков милливольт составить батарею, которая дает сотни вольт (у электрического угря или сома).
Эффект суммации - решающий шаг к Вольтову столбу, шаг, который невозможно сделать на основе явления контактной разности потенциалов металлов. То, что позже будет названо правилом Вольты, гласит: "В цепи, состоящей из любого количества металлов, электродвижущая сила равна нулю". Прекрасный экспериментатор Вольта, давно выявивший в своих опытах необходимость электролитов, так описывает свое изобретение: "Я кладу на стол или на какую-нибудь опору одну из металлических пластинок, например серебряную, и на нее цинковую и затем мокрый диск и т.д. в том же порядке. Всегда цинк должен следовать за серебром или наоборот, в зависимости от расположения их в первой паре, и каждая пара перекладывается мокрым диском. Таким образом я складываю из этих этажей столб такой высоты, который может держаться, не обрушиваясь".
Из какой доступной физической модели, из каких уравнений следует такая конструкция? Только из биологической метафоры - из аналогии с электрическими органами угря и ската. И, надо сказать, Вольта отнюдь не скрывает этого, более того, он утверждает, что и электрические органы рыб устроены и действуют по тому же принципу.
Представим себе, что не физик Вольта, а физиолог Гальвани, доказав наличие контактной разности потенциалов, утверждал бы существование вечного источника тока за счет простого контакта разнородных металлов. Простилось бы ему то, что он не объяснил роли электролита и химических явлений на границах электродов и не предугадал закона сохранения энергии?
ПОБЕДНОЕ ШЕСТВИЕ МЕТАФОРИСТОВ
С этого момента электрическая теория в физике старается отгородиться от физиологии: она уверена, что "золотой ключик" уже в руках, и спешит открывать им дверки в своей каморке.
Отрезанный от живой плоти и брошенный на алтарь физической науки искусственный электрический орган вызвал мощные движения огромных интеллектуальных сил. Повсеместно от Петербурга до Нового Света спешно создавались все более мощные Вольтовы столбы. Основания для спешки были: те, кто первым изучал законы электрического тока, навсегда входили в историю науки. Кто более знаком массовому сознанию: авторитетнейший аббат Нолле и великий Машенбрук, изучавшие электричество до изобретения источника тока, или Ом, Кирхгофф, Эрстед и Ампер, располагавшие гальваническими элементами?
Но в этом мощном движении вперед к четырем уравнениям Максвелла с семью неизвестны ми была крупная фигура, стоявшая явно особняком, - отец электрической теории Майкл Фарадей.
Заслуги Майкла Фарадея перед физикой настолько многочисленны, что отлучать его от физики было бы бесперспективно. Между тем Фарадей, как на грех, явно игнорирует в своих исследованиях ведущую и определяющую роль математики. Сколько "крокодиловых слез" было пролито по поводу тяжелого детства подмастерья сапожника, лишившего Фарадея возможнос ти получить уважаемое математическое образование и понимать формулы, в изобилии употреблявшиеся Пуассоном или Ампером.
Между тем сам Фарадей не сильно комплексовал по этому поводу. И, конечно, он игнорирует негласный запрет на изучение электричества в живом, а это, в частности, означает, что он экспериментирует с электрическими рыбами. Задача, естественно, старая, гальваниевская - научиться искусственным образом восстанавливать жизненные силы. Но модель уже иная: нервный флюид - субстанция более тонкая, нежели электрический. А электрические органы рыб - это преобразователи жизненной силы в электрический ток. Задача, поставленная Фарадеем перед самим собой, - обратное преобразование. И он проводит опыты по внешней подзарядке разрядившихся батарей электрического угря с целью более скорого восстановления его жизненных сил. К сожалению, эти замечательные эксперименты успехом не увенчались: природа не предусмотрела возможности подзаряжать электрических рыб извне. Увы, этот прокол прибавил аргументов тем, кто считал моветоном увлечение физиков физиологией.
После экспериментальных работ Фарадея контуры материка, на который некогда в числе первых ступил Луиджи Гальвани, в целом определились - феноменология классической электромагнитной теории обрела практическую полноту. За это время десятки математиков резво обжили новую территорию, придавая ей цивилизованный вид, в котором ее можно было демонстриро вать, воспитывая новых профессионалов. Новая "церковь" , которой фактически стала физика, всерьез полагала, что боги говорят языком дифференциальных уравнений. Да, конечно, Джеймс Клерк Максвелл прямо указывал, что математика - всего лишь научная метафора. Но переписанная история физики должна была иллюстрировать мощь математических дедукций, которые как асфальтовый каток прокладывали столбовую дорогу науки.
Позволяли ли открытия сеньора Гальвани точно гарантировать правильность математических дедукций? Ну конечно, нет. Стоит ли удивляться, что он не причислен к числу физиков?
А Вольта - он ведь тоже по части точных математических дедукций не слишком преуспел, за что ему индульгенция? Вероятнее всего, за большие технические достижения. Физика кровно (и материально) заинтересована в том, чтобы слыть источником и инкубатором всех новых технических идей. Автор эпохального технического изобретения обязан быть признанным физиком, без этого ставится под сомнение руководящая и определяющая роль физико-математических наук в техническом прогрессе.
Впрочем, в списке создателей электрической теории по Максвеллу помимо Фарадея названы: Кулон, Кавендиш, Лаплас, Пуассон, Эрстед, Ампер, Фурье, Вебер, Нейман. Здесь нет не только Гальвани, но и Вольты. Спор об источнике электрического флюида, с точки зрения Максвелла, ненаучен: "Старый и популярный термин "электрический флюид", который, как мы надеемся, навсегда изгнан в область газетных фельетонов, в свое время фиксировал внимание людей на тех специальных частях тел, в которых предполагалось наличие этого флюида".
Так о чем же спорили Гальвани и Вольта? На этот вопрос можно ответить по-разному. Кто-то скажет, что Гальвани с Вольтой, по сути, и не спорил. Вольта же большей частью спорил не столько с Гальвани, сколько сам с собой. А Гальвани отстаивал право ученого чувствовать Истину наперекор убедительным дедукциям профессионалов своего времени, и, в конечном счете, он оказался прав, чтобы там ни писали авторитетные физики.
Математика сыграла большую роль в охране физики от людей случайных. Трудно не согласиться с опасностью дискредитации науки дилетантами, основательностью знаний не обладающими. Но насколько оправданна эта борьба физиков за чистоту своих рядов путем умалчивания имен и заслуг истинных первооткрывателей и отмежевания от характера решавшихся ими задач? Неужели кто-то до сих пор всерьез верит, что Бог и Природа говорят исключительно языком дифференциальных и интегральных уравнений?
Литература
Гальвани А., Вольта А. Избранные работы о животном электричестве. - М.; Л.: ОГИЗ, 1937.
Ольшанский В. М. Бионическое моделирование электросистем слабоэлектрических рыб. - М., Наука, 1990.
Околотин В. Вольта. ЖЗЛ. - М., 1986.
Розенбергер Ф. История физики. - М.; Л.: ОНТИ, 1937.
Читайте в любое время
