ЛУИДЖИ ГАЛЬВАНИ: БИОГРАФИЯ

бИОГРАФИЯ

Родился 9 сентября 1737 года в Болонье. Изучал сначала богословие, а затем медицину, физиологию и анатомию. В 1759 окончил Болонский университет по специальности богословие, и только после защиты диссертации заинтересовался медициной (произошло под влиянием его тестя - известного врача и профессора медицины Карло Галеацци). Несмотря на учёную степень, Гальвани круто изменил свою профессию и вновь окончил Болонский университет, но уже медицинское отделение. Магистерская работа Гальвани была посвящена строению человеческих костей. После её успешной защиты в 1762 Гальвани начал преподавать медицину. В 1785 году, после смерти своего тестя, Гальвани занял его место руководителя кафедры анатомии и гинекологии, откуда незадолго до смерти был уволен за то, что отказался принести присягу Цизальпинской республике, основанной в 1797 году Наполеоном I. Первые работы Гальвани были посвящены сравнительной анатомии. В 1771 он начал опыты по изучению мышечного сокращения и вскоре открыл феномен сокращения мышц препарированной лягушки под действием электрического тока.

Научная деятельность

К концу XVIII века Джон Уолш доказал электрическую природу удара ската, проводя эксперименты во французском городе Ла-Рошель, а анатом Хантер дал точное описание электрического органа этого животного. Исследования Уолша и Хантера были опубликованы в 1773 году.

К тому времени, как в 1786 году Гальвани положил начало своим опытам, не было недостатка в попытках физической трактовки психических и физиологических явлений. Однако именно исследования вышеуказанных ученых подготовили почву для возникновения учения о животном электричестве.

В 1791 году в «Трактате о силах электричества при мышечном движении» было описано сделанное Гальвани знаменитое открытие. Сами явления, открытые Гальвани, долгое время в учебниках и научных статьях назывались «гальванизмом». Этот термин доныне сохраняется в названии некоторых аппаратов и процессов. Свое открытие сам Гальвани описывает следующим образом:

Как справедливо указал впоследствии Вольта, в самом факте вздрагивания лапки препарированной лягушки при электрическом разряде с физической точки зрения не было ничего нового. Явление электрической индукции, а именно явление так называемого возвратного удара, было разобрано Магоном в 1779 году. Однако Гальвани подошел к факту не как физик, а как физиолог. Ученого заинтересовала способность мёртвого препарата проявлять жизненные сокращения под влиянием электричества.

Он с величайшим терпением и искусством исследовал эту способность, изучая её локализацию в препарате, условия возбудимости, действие различных форм электричества и, в частности, атмосферного электричества. Классические опыты Гальвани сделали его отцом электрофизиологии. Гальвани, осуществив ряд экспериментов, пришел к выводу о существовании нового источника и нового вида электричества. Его привели к такому выводу опыты составления замкнутой цепи из проводящих тел и металлов (лучше всего по признанию самого учёного было использовать разные металлы, например железный ключ и серебряную монету) и лягушечного препарата.

После долгих научных изысканий Гальвани предположил, что мышца является своеобразной батареей лейденских банок, непрерывно возбуждаемой действием мозга, которое передается по нервам. Именно так и была рождена теория животного электричества, именно эта теория создала базу для возникновения электромедицины, и открытие Гальвани произвело сенсацию. Среди последователей болонского анатома оказался и Алессандро Вольта.

Луиджи Гальвани родился в Болонье 9 сентября 1737 г. Внешне его жизнь была ничем не примечательна. В 1759 г. он окончил Болонский университет (один из самых старых в Европе - он основан еще в 1119 г.) и остался в нем работать. Он занимался медициной и анатомией. Его диссертация была посвящена строению костей; кроме того, он изучал строение почек и уха птиц. Гальвани получил ряд новых данных но опубликовать их ему не пришлось, так как чуть раньше большинство этих фактов были описаны итальянским ученым А. Скарпа. Эта первая научная неудача не обескуражила Гальвани.

В 1762 г. в возрасте 25 лет Гальвани начал преподавать медицину в Болонском университете, через год стал профессором, а в 1775 г.- заведующим кафедрой практической анатомии. Он был прекрасным лектором, и его лекции пользовались большим успехом у студентов. Много работал он и как хирург. Медицинская практика и преподавательская работа отнимали много времени, но Гальвани как истинный сын своей эпохи не бросал и чисто научную работу: и описательную, и особенно экспериментальную, С 1780 г. Гальвани начал работу по физиологии нервов и мышц, которая принесла ему всемирную славу и множество неприятностей.

Итак, понятно, почему врач Гальвани ставил эксперименты и почему у него на столе был препарат лягушки. Но причем тут электрическая Луиджи Гальвани машина?

Электричество в это время рассматривали как «электрический флюид», как особую электрическую жидкость. Эта гипотеза возникла после тогол как Грей открыл, что электричество может «перетекать» от одного тела к другому, если их соединить металлической проволокой или другими проводниками.

Эта гипотеза, конечно, была навеяна представлениями, господствовавшими тогда в других разделах физики. Свойствами невесомой жидкости - эфира - объясняли волновое распространение света; теплоту тоже считали невесомой жидкостью. Гипотеза о сущности электричества была подвергнута экспериментальной проверке.

Наэлектризованные тела тщательно взвешивали и не могли обнаружить прибавки в весе. Таким образом, представления о невесомости электрического заряда было результатом не только умозрительных рассуждений, но и следствием недостаточной точности измерений.

Когда выяснилось, что электрический заряд нельзя измерять взвешиванием, физики начали изобретать принципиально новые приборы. Эти приборы - разного рода электроскопы и электрометры - появляются в середине XVIII века. В 1746 г. появляется электрометр Элликота,. в 1747 г.- электроскоп Нолле, того самого аббата, который демонстрировал королю в Версале разряд лейденской банки. Один из первых электрометров был сконструирован Рихманом.

Сначала считали, что электрическая жидкость - один из сортов «теплорода», Это обстоятельство обосновывали тем, что при трении тела и нагреваются, и электризуются, а также тем, что электрическая искра может зажигать разные предметы. Наконец было показано, что проводники электричества хорошо проводят тепло, а изоляторы - плохо. Однако в конце концов установилось представление, что электрическая невесомая жидкость отличается от теплорода.

Во-первых, было показано, что тела, наэлектризованные прикосновением, не нагреваются.

Во-вторых, Грей показал, что сплошные и полые тела электризуются совершенно одинаково, а нагреваются по-разному, и сделал вывод, что «теплород» распространяется по всему объему тела, а электрическая жидкость распространяется по поверхности.

Таким образом, представление об электричестве как о невесомой жидкости было экспериментально хорошо обосновано на уровне возможностей физики XVIII века и хорошо вписывалось в общую идеологию физики того времени.

Мы уже говорили, что в это время самые разные явления - даже землетрясения - пытались объяснить электричеством, не был исключением и «нервный механизм». В 1743 г. немецкий ученый Ганзен выдвинул гипотезу о том, что сигнал в нервах имеет электрическую природу. В 1749 г» французский врач Дюфей защитил диссертацию на тему «Не является ли нервная жидкость электричеством?». Эту же идею поддержал в 1774 г. английский ученый Пристли, прославившийся открытием кислорода. Идея явно носилась в воздухе.

В связи с этими идеями два направления экспериментальных исследований - изучение электричества и изучение процессов в нервах и мышцах - соприкоснулись между собой. Появилась надежда установить, что процессы в нервах - процессы электрической природы. Кроме того, электрические разряды широко использовались в это время для раздражения нервов, скелетных мышц или сердца (лейденскую банку в этих целях использовали, напримерг Д. Бернулли и тот же Ф. Фонтана, о котором мы уже говорили).

Теперь нам не должно казаться странным и случайным, что на столе у врача Гальвани, который был учеником Фонтана и занимался экспериментальным изучением работы мышц и нервов, оказалась электрическая машина. Дело не в том, что он отдавал дань моде. Машина была нужна потому, что он, как теперь бы сказали, работал не просто на переднем крае науки, а на стыке двух наук: физиологии и науки об электричестве.

После всего сказанного становится непонятным другое: что привлекло внимание помощника Гальвани, почему сокращение мышцы при электрическом разряде показалось Гальвани столь замечательным. Ведь то, что электричество действует как раздражитель на нервы и мышцы, было широко известным фактом.

Дело в том, что до наблюдений Гальвани это раздражающее действие наблюдали только при непосредственном контакте заряженного тела с мышцей или нервом. Здесь же такой контакт отсутствовал.

Столкнувшись с новым незнакомым явлением, Гальвани как истинный сын своего века начинает тщательно и всесторонне исследовать это явление. Он ставит самые разнообразные опыты. Например, показывает, что эффект наблюдается и тогда, когда лапка лягушки помещена под колокол насоса в безвоздушное пространство, когда вместо электрической машины разряжается лейденская банка.

И даже тогда, когда лягушачья лапка включается в цепь между громоотводом и землей, она сокращается в тот момент, когда проскакивает молния.

Но как ни были интересны эти опыты, никаких принципиально новых сведений об электрических явлениях в живых организмах они не давали: была обнаружена еще одна форма раздражающего действия электричества, Но ведь и физики знали, что тела можно электризовать без прикосновения, на расстоянии.

В 1786 г. Гальвани начинает новую серию опытов, решив изучить действие на мышцы лягушки «спокойного» атмосферного электричества. (К этому времени было показано, что электричество есть в атмосфере и в отсутствие грозы.) Поняв, что лапка лягушки является в некотором смысле очень чувствительным электрометром, он решил попробовать обнаружить с ее помощью это атмосферное электричество. Повесив препарат на решетке своего балкона, Гальвани долго ждал результатов, но лапка не сокращалась ни при какой погоде.

И вот 26 сентября 1786 г. лапка, наконец, сократилась. Но это произошло не тогда, когда изменилась погода, а при совершенно других обстоятельствах: лапка лягушки была подвешена к железной решетке балкона при помощи медного крючка и свисающим концом случайно коснулась решетки, Гальвани проверяет: оказывается всякий раз, как образуется цепь «железо - медь - лапка», тут же происходит сокращение мышц лапки независимо от погоды. Гальвани переносит опыты в помещение, использует разные пары металлов и регулярно наблюдает сокращение мышц лапки лягушки.

Это уже что-то соврешенно новое, никаких источников электричества поблизости нет (нет ни машины, ни грозы), а лапка лягушки сокращается.

Гальвани ставит красивый опыт в духе своего времени, когда эффектные публичные демонстрации были очень популярны. Лапка подвешивается на медном крючке, соединенном с серебряной шкатулкой, стоящей так, что нижняя часть лапки касается шкатулки. Лапка сокращается и отдергивается от шкатулки, от этого цепь размыкается, тогда лапка вновь опускается, вновь касается шкатулки, вновь поднимается и т. д. Возникает, как говорит Гальвани, нечто вроде электрического маятника. (На самом деле эта система совершенно аналогична прерывателю тока в электрическом звонке, но ни тока, ни звонка в то время еще не было.)

Как же объяснить эти наблюдения? Со времен Джильберта было известно, что металл нельзя наэлектризовать трением. Гальвани, как и другие ученые его времени, считал, что электричество не может возникать в металлах, они могут играть только роль проводников. Отсюда Гальвани заключает, что источником электричества в этих опытах являются сами ткани лягушки, а металлы только замыкают цепь.

Но зачем в этой цепи нужны два разных металла? Гальвани исследует этот вопрос и обнаруживает, что можно обойтись и просто кусочком медной проволоки, При использовании одного металла сокращение возникает не всегда, оно бывает слабее, но это уже мелкая деталь. Сокращение мышц наблюдается визуально, сила сокращения не измеряется. Важно, что два металла не обязательны, а значит и несущественны,- рассуждает Гальвани.

Гальвани работал с нервно-мышечным препаратом: задней лапкой лягушки с отпрепарованным нервом и сохраненным кусочком спинного мозга. В первом же удачном опыте, когда лапка висела на балконе, медный крючок был пропущен через кусочек позвоночника, а кончик лапки коснулся железной решетки, Гальвани решает, что это и есть самые лучшие условия, и не пробует другие.

Во всех его опытах один конец металлической дуги касается спинного мозга или нерва, а второй - поверхности лапки. Гальвани развивает такую схему: мышца лапки - заряженная лейденская банка; нерв - провод, соединенный с внутренней обкладкой банки; когда металлический проводник касается мышцы (наружной обкладки) и нерва (внутренней), мышца разряжается через нерв и это вызывает сокращение.

Еще четыре года уходят у Гальвани на всестороннее исследование открытого явления и, наконец, в 1791 г. появляется работа, подводящая итог десятилетнего труда,- упомянутый «Трактат о силах электричества при мышечном движении».

Гальвани считает свое открытие очень важным для человечества. Дело в том, что, как мы уже говорили, в это время возникали самые разнообразные эмпирические попытки использовать электричество для лечения болезней, причем эти попытки не имели никакой теоретической базы. Гальвани был прежде всего врач и хотел лечить людей. Он сам пишет в конце своего трактата, что в дальнейшем все свои усилия направит на разработку нового направления в медицине - электромедицину.

Но он был не только врач, но и ученый. Он понимал, что для разработки такого направления очень важно было показать, что электрические явления не есть что-то чуждое живым организмам, что электричество тесно связано с жизнедеятельностью, что «животное электричество» по своей природе ничем не отличается от электричества, вырабатываемого электрической машиной. Не случайно Гальвани после опытов на лягушках ставит опыты на теплокровных, показывая, что те же явления можно получить и на нервно-мышечных препаратах птиц и млекопитающих.

Следовательно, электрические явления присущи всем животным, а значит и человеку! Гальвани даже позволяет себе высказать соображение о причине некоторых болезней (например, он высказывает гипотезу, что паралич может быть связан с нарушением изоляции нервов, и действительно, сейчас известны болезни, вызванные этой причиной; или что эпилепсия может быть связана с сильным электрическим разрядом в мозгу, что тоже оказалось в принципе верным) и о возможном лечебном применении электричества.

Выдвигая свое утверждение о существовании «животного электричества», Гальвани опирался также на изучение электрических рыб: в этом случае их способность вырабатывать электричество была доказана. Электрический скат был известен с далекой древности, а электрический угорь был описан в XVII веке после открытия Америки. Но этих рыб тогда, естественно, не называли электрическими, так как не знали, что их действие на человека и животных как-то связано с электричеством.

Однако после открытия лейденской банки, разряд которой вызывал тот же эффект, что и прикосновение к электрическому скату, французский ботаник М. Адансон выдвинул предположение, что разряд электрических рыб и разряд лейденской банки имеют одну и ту же природу.

Проверни эту гипотезу, английский ученый Дж. Уолш показал, что разряд электрического ската передается через проводники, но не передается через изоляторы и осуществляет разряд рыбы через цепь из нескольких лиц (вспомните опыт аббата Нолле!), т. е. получил доводы в пользу электрической природы этого разряда. Накцнец, Уолш наблюдал разряд ската через наклеенную на стекло полоску фольги с тонким разрезом; при каждом разряде в месте разреза проскакивала искра. В 1776 г. Г. Кавендиш, прикрепив проводники к спине и брюху ската, с помощью бузинного электроскопа измерил создаваемый им заряд.

С электрическими скатами работал и Гальвани, один из видов этих рыб даже носит его имя: Торпедо Гальвани. Если скаты могут вырабатывать электричество, то почему же его не могут вырабатывать любые мышцы? И Гальвани подчеркивает в своем «Трактате...» сходство электричества, возникающего при трении, атмосферного электричества, электричества скатов и открытого им «животного электричества».

Очень интересно, что, несмотря на достаточно убедительные данные о том, что действие ската связано с электрическим разрядом, находилось много людей, которые считали, что «животное электричество» должно отличаться от обычного электричества, должно иметь какие-то признаки своего особого происхождения.

На такой точке зрения стоял, в частности, Дж. Пристли, а более чем полвека спустя - Г, Деви. Это обстоятельство побудило М. Фарадея предпринять в 1837-1839 гг. серию специальных работ, в которых он показал, что электричество от трения, электричество от гальванических элементов, в это время уже известных, и электричество рыб ничем не отличаются друг от друга. Огромный авторитет Фарадея способствовал общему признанию тождества «животного» и обычного электричества.

Беркинблит М. Б., Глаголева Е. Г. "Электричество в живых организмах"

Цель : ознакомиться с биоэлектрическими явлениями с помощью биологических проб.

Первый опыт Гальвани

Оборудование : биметаллический пинцет, набор препаровальных ин­струментов, лоток, универсальный штатив, марлевые сал­фетки, раствор Рингера.

Объект исследования : лягушка.

Ход работы . Готовят нервно-мышечный препарат двух задних лапок лягушки. Берут биметал­лический пинцет, одна бранша которого сделана из меди, а другая - из цинка. Медную браншу подводят к седалищному нерву, а другую прикладывают к мышце лапки.

Опишите и объясните наблюдаемые явления.

Суть первого опыта Гальвани состоит в том, что при соприкосновении нервно-мышечного аппарата с биметаллическим пинцетом наблюдается сокращение мышц. Первый опыт Гальвани с металлом косвенно доказывает наличие живого электричества при раздражении биметаллическим пинцетом нервно-мышечного препарата.

Второй опыт Гальвани

Вторым опытом Гальвани впервые было доказано суще­ствование в тканях «животного электричества», которое возникает между поврежденной и неповрежденной поверх­ностями мышцы. Если эти два участка соединить нервом нервно-мышечного препарата, то возникает ток покоя, который раздражает нерв и вызывает сокращение мышцы.

Оборудование : набор препароваль­ных инструментов, лоток, пипетка, стеклянный крючок, марлевые салфетки, раствор Рингера.

Объект исследования : лягушка.

Ход работы . Готовят нервно-мышечный препарат задней лапки ля­гушки. Тщательно препарируют седалищный нерв и отсекают его у позвонков. Мышцу пересекают в нижней трети и стеклянным крючком быстро набрасыва­ют седалищный нерв таким образом, чтобы он одновре­менно коснулся поврежденной и неповрежденной поверх­ности мышцы.

Опишите и объясните наблюдаемые явления

ВЫВОД: Второй опыт Гальвани, для этого следует положить нервно-мышечный аппарат на доску. После чего, нужно отрезать кусочек мышцы и с помощью стеклянного крючка быстро набросить нерв препарата на поврежденный участок мышцы так, чтобы он коснулся одновременно неповрежденной и поврежденной поверхности мышцы. Мышца при этом начинает сокращаться. В этом случае источником электродвижущей силы являлась разность потенциалов между неповрежденным и поврежденным участком нерва. Таким образом, второй опыт Гальвани доказал существование животного электричества. Появление электрических токов, что возникают при возбуждении, заключается в том, что участок ткани (нерв, мышца т.п.) в момент возбуждения заряжается по отношению к другим участкам электроотрицательно. Участки, что находятся в покое, заряжены электроположительно. Итак, возникает разность потенциалов, что является необходимым условием появления электрического тока.

ЗАНЯТИЕ №4:Физиология синаптической передачи. Нейрон и его интегративная функция.

Вопросы для подготовки

1. Морфофункциональная характеристика нервной клетки.

2. Классификация нервных проводников. Физиологические свойства нерва.

3. Законы проведения возбуждения по нервным волокнам.

4. Механизм проведения возбуждения по миелинизированным и безмиелиновым волокнам. Понятие о токах действия.

5. Синапс. Классификация. Морфофункциональная организация химического синапса. Структура пре- и постсинаптической мембран. Понятие о медиаторах, фармакорецепторах.

6. Основные этапы и особенности передачи возбуждения в химическом синапсе. Понятие о возбуждающем и тормозном постсинаптическом потенциале (ВПСП и ТПСП), потенциале концевой пластики (ПКП). Свойства ВПСП и ТПСП.

7. Электрическая синаптическая передача. Строение и функции электрических синапсов.

8. Нейрон как морфо-функциональная единица ЦНС, функциональная классификация нейронов. Интегративная функция нейрона, механизмы ее осуществления.

9. Глия, виды, свойства, функции.

10. Торможение, виды торможения.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ:

1. Перечислите законы проведения возбуждения по нервным проводникам.

Закон анатомической и физиологической непрерывности – возбуждение может распространяться по нервному волокну только в случае его морфологической и функциональной целостности.

Закон двустороннего проведения возбуждения – возбуждение, возникающее в одном участке нерва, распространяется в обе стороны от места своего возникновения. В организме возбуждение всегда распространяется по аксону от тела клетки (ортодромно).

Закон изолированного проведения – возбуждение, распространяющееся по волокну, входящему в состав нерва, не передается на соседние нервные волокна.

2. Дайте определение понятию синапс.

(synapse) - функциональный контакт мембран двух нервных клеток, через который нервные импульсы передаются от одного нейрона к другому. (состоит из пресинаптической и постсинаптической частей, разделенных синаптической щелью - ред.) Достигнув синапса, импульс вызывает освобождениенейромедиатора, который диффундирует в синаптическую щель и связывается с рецептором постсинаптической мембраны, что приводит к возникновению электрического импульса в следующем нейроне. Некоторые клетки головного мозга образуют более 15 000 синапсов (в синапсах происходит преобразование электрических сигналов в химические и обратно). См. также Соединение нервно-мышечное.

3. Укажите на схеме основные элементы химического синапса и этапы синаптической передачи.

Нервное окончание

4. Схематически изобразите нейрон, укажите его основные структурные элементы, перечислите физиологические свойства нейрона.

Основные свойства нейронов: раздражимость, возбудимость, проводимость, лабильность, инертность, утомляемость, торможение, регенерация.

5. Перечислите основные механизмы инактивации медиаторов, значение инактивации медиаторов.

Инактивация медиатора – полная потеря активности – необходима для деполяризации постсинаптической мембраны и восстановления исходного уровня мембранного потенциала.

Наиболее важным путем инактивации является гидролитическое расщепление медиатора с помощью ингибиторов. Для АХ ингибитором является холинэстераза, для НА и адреналина – моноаминооксидаза (МАО) и катехоламинэстераза (КОМТ). Продукты расщепления медиатора снова поступают в кровь и циркулируют, как его предшественники.

Другой путь удаления медиатора из синаптической щели – обратный захват его пресинаптическими окончаниями (пиноцитоз) и обратный аксонный транспорт, особенно выраженный для катехоламинов.

Для НА и адреналина характерно то, что несмотря на наличие ингибиторов, разрушению подвергается их незначительное количество, и они снова депонируются синаптическими пузырьками в цитоплазме синаптических окончаний. Это создает возможность их быстрого поступления в синаптическую щель под влиянием нового нервного импульса.

6. Дайте определение процессу торможения

это активный процесс нервной деятельности, противоположный возбуждению и вызывающий задержку рефлексов. Условные рефлексы, которые вырабатываются у собаки на основе использования тормозного процесса, называются тормозными, или отрицательными. Ярким примером такого рефлекса является запрещение нежелательных действий собаки по команде.

Практическая работа

Просмотр учебного фильма «Нервная клетка»

Важнейшим шагом вперед в развитии учения об электрических и магнитных явлениях было изобретение первого источника постоянного тока - гальванического элемента. История этого изобретения начинается с работ итальянского врача Луиджи Гальвани (1737 - 1798), относящихся к концу XVIII в. Он интересовался физиологическим действием электрического разряда и предпринял ряд опытов для выяснения действия электрического разряда на мускулы препарированной лягушки.

В 1780 году профессор анатомии в Болонье Луиджи Гальвани изучает нервную систему отпрепарированных лягушек. Случайно так вышло, что в этой же комнате экспериментировал с электричеством ученый-физик. По рассеянности Гальвани отпрепарированную лягушку положил на стол электрической машины. В этот момент вошла его жена и с ужасом увидела, что при появлении в машине искр лапки мертвой лягушки двигались.

Гальвани подошел к факту, как истинный ученый. Он многократно повторил опыт в разных комбинациях. 3аинтересовавшись наблюдаемым эффектом, Гальвани решил проверить, не будет ли оказывать такое же действие на лапки лягушки атмосферное электричество. Действительно, соединив один конец нерва лапки лягушки проводником с изолированным шестом, выставленным на крыше, а другой конец нерва с землей, он заметил, что во время грозы время от времени происходило сокращение мускулов лягушки.

Затем Гальвани подвесил препарированных лягушек за медные крюки, зацепленные за их спинной мозг, около железной решетки сада. Он обнаружил, что иногда, когда мышцы лягушки касались железной ограды, происходило сокращение мускулов. Причем эти явления наблюдались и в ясную погоду. Следовательно, решил Гальвани, в данном случае уже не гроза является причиной наблюдаемого явления.

Для подтверждения этого вывода Гальвани проделал подобный опыт в комнате. Он взял лягушку, у которой спинной нерв был соединен с медным крюком, и положил ее на железную дощечку. Оказалось, что когда медный крючок касался железа, то происходило сокращение мускулов лягушки.

Гальвани решил, что открыл «животное электричество», то есть электричество, которое вырабатывается в организме лягушки. При замыкании нерва лягушки посредством медного крюка и железной дощечки образуется замкнутая цепь, по которой пробегает электрический заряд (электрическая жидкость или материя), что и вызывает сокращение мускулов.

Сохранились подробные записи рассуждений и опытов ученого. В конце концов, он пришел к выводу, что для содрогания лап достаточно иметь два металла: медь и железо. И далее: разные металлы дают разный эффект. И все-таки он решил, что электрическая сила находилась в мышцах лягушки. Он много времени и сил потратил на то, чтобы доказать этот последний вывод. Никому не удалось доказать это и после Гальвани.

Луиджи Гальвани - исследователь биоэлектричества

Родился 9 сентября 1737 года в Болоньи (папская область), жил и умер там же в 4 декабря 1798, прожив полных 61 год. По роду деятельности он был врачом, физиком и философом, что в то время было вполне обыденным. Его латинское имя читается как Aloysius Galvani (Алоизий Гальвани).

Луиджи Гальвани был первым, кто начал исследовать биоэлектричество . В 1780 году Луиджи проводил эксперименты над телами мёртвых лягушек. Он пропустил через их мышцы электрической ток, и лапки дёрнулись, мышцы начали сокращаться. Это был первый шаг на пути изучения сигналов нервной системы.

Краткая биография

Луиджи Гальвани (1737-1798)

Родился от Доминико и его четвёртой жены Барбары Фоски. Родители Луиджи не были аристократами, но они имели достаточно средств, чтобы дать образование одному из детей. Луиджи Гальвани хотел получить церковное религиозное образование, в ту эпоху это было во многом престижно, и он 15 лет обучался в религиозном институте, а именно в молельне Padri Filippini (Oratorio dei Padri Filippini). В дальнейшем он собирался принять религиозные обеты, но его родители убедили его не делать этого и продолжить своё образование дальше. Примерно в 1755 году Луиджи поступил на факультет искусств университета Болоньи. Там же Луиджи прошёл медицинский курс в котором он изучил труды Гиппократа , Галена и Авиценны (Ибн Сина ). Кроме изучения трудов, Луиджи занимался медицинской практикой, в том числе хирургической. Это позволило ему в дальнейшем заняться изучением исследованием биоэлектричества .

В 1759 году, Луиджи Гальвани получил степень в медицине и философии, что давало ему право читать лекции в университете после защиты диссертации, которую он защитил в 21 июня 1761 года. Уже в 1762 году он стал почётным лектором по анатомии и хирургии. В этом же году он женился на Люсии Галеззи (Lucia Galeazzi) - дочери одного из профессоров университета. Луиджи переехал жить в дом профессора Галеззи (Galeazzi) и помогал ему в его исследованиях. После смерти своего тестя в 1775 году, Луиджи Гальвани был назначен преподавателем вместо умершего Галеззи.

В обязанность Гальвани как члена Академии наук с 1776 года входило регулярное проведение исследований в области практической анатомии человека. Он должен был публиковать как минимум одно исследование в год.

Эксперименты с лягушками

По прошествии нескольких лет, Луиджи Гальвани стал проявлять интерес к медицинскому использованию электричества. Эта сфера исследований появилась с середины 18-го века, после того, как было обнаружено действие электричества на организм человека.

Схема эксперимента Луиджи Гальвани с телом лягушки, примерно конец 1780-х

Существует легенда, согласно которой начало экспериментов с биоэлектричеством было положено со случая, произошедшего следующим образом.

Луиджи положил мёртвую лягушку на стол, чтобы экспериментировать с её кожей для выработки статического электричества . До этого на столе уже проводились опыты со статическим электричеством, и получилось так, что его ассистент (помощник) прикоснулся металлическим скальпелем на котором был электрический заряд к открытому седалищному нерву лягушки. Должно быть он собирался её препарировать. Но тут случилась неожиданное. Помощник увидел искры и нога мёртвой лягушки сократилась как при жизни.

Это наблюдение было первым шагом к тому, чтобы начать исследование биоэлектричества . Была обнаружена связь, между нервной деятельностью и электричеством, между биологической жизнью и электрическими сигналами. Стало очевидным, что мышечная деятельность осуществляется с помощью электричества, с помощью тока в электролитах. До этого в науке было принято считать, что мышечная активность происходит посредством некой субстанции называемой именем стихий воздуха и воды.

Гальвани ввёл термин - животное электричество (animal electricity) для описания той силы, которая активирует мышцы. Это явление в дальнейшем назвали гальванизм (galvanism ), но уже после Гальвани по предложению его современников.

На сегодняшний момент изучением гальванических эффектов биологии занимается такой раздел как электрофизиология. Название гальванизм больше используется в историческом контексте, чем в научном.

Гальвани против Вольта

Профессор экспериментальной физики Алессандро Вольта в университете Павии (Pavia) был первым учёным, который засомневался в правильности экспериментов Гальвани и продолжил исследования.

Его целью было выявить, действительно ли причиной сокращения мышц является биоэлектричество , или же оно происходит в следствие металлического контакта. Подразумевалось, что живые клетки не могут вырабатывать электричество, а значит тогда и нет никакого животного электричества.

Алессандро Вольта проверил свою гипотезу и выяснил, что действительно, живые клетки способны вырабатывать электричество, а значит биоэлектричество существует, живые клетки являются источниками тока. Гипотеза Вольта, что мышцы сокращаются только в следствие внешнего электричества, когда касаются металлическим предметом имеющим статический заряд, была им же и опровергнута. Дальнейшие исследования Алессандро Вольта привели его к созданию гальванической батареи, в которых используются электрохимические явления подобные тем, что происходят в живых клетках.

В результате исследований Вольта обнаружил, что каждая клетка имеет свой клеточный потенциал, что биоэлектричество имеет те же самые химические основы, что и электрохимические ячейки, дающие разность потенциалов . Алессандро Вольта проявил уважение к своему коллеги и ввёл термин гальванизм , чтобы подчеркнуть заслугу Луиджи Гальвани в открытии биоэлектричества . Однако, Вольта возражал, против некоего особого электричества в виде животной электрической жидкости , и был прав. Наградой стало создание химических источников тока - гальванических элементов. Алессандро Вольта первый построил химические батареи состоящие из многих гальванических элементов. Такие батареи носили название вольтов столб , из многих элементов собирался источник со значением ЭДС более 100 Вольт, что позволило проводить дальнейшее изучение явлений электричества.

Сочинения Луиджи Гальвани

Основная работа Луиджи Гальвани по биоэлектричеству называется De Viribus Electricitatis in Motu Musculari Commentarius (формат PDF) , в переводе на русский язык Трактат о силах электричества при мышечном движении (формат djvu) . Эти работы вы можете скачать для углублённого изучения и расширения своего кругозора.

Введение

Физика и биология, на первый взгляд, довольно далекие друг от друга науки.

Но это только на первый взгляд. В действительности же в этих науках есть много общих точек. Например, в анатомии, зрение. Здесь присутствует элемент оптики: лучи света преломляются в хрусталике глаза, и элемент механики: хрусталик деформируется мышцами. Хотя, говоря о мышцах, нельзя не упомянуть о том, что их работа напрямую связана с физикой. Ведь по сути дела, механизм их действия, сокращение в связи с сокращением белковых нитей, физический процесс. А обмен веществ? Ведь питательные вещества переходят из крови в межклеточное вещество, из межклеточного вещества в клетку и из клетки в межклеточное вещество в основном из-за перепада в давлении. А нагревание внешних тканей тела кровью вследствие теплопередачи?

И физика стыкуется с биологией не только в анатомии. У птиц есть аэродинамическое оперение, у рыб гидродинамическая чешуя и боковая линия, для улавливания колебаний воды. Опять же слух.

Начало электрофизиологии обычно связывают со знаменитыми опытами итальянского врача, анатома и физиолога Луиджи Гальвани. В 1791 году Гальвани опубликовал «Трактат о силах электричества при мышечном движении». В этом трактате были описаны ряд опытов, в том числе и знаменитый «балконный» опыт Гальвани - препараты были присоединены к громоотводу. Во время грозы происходило сокращение. Тогда Гальвани предположил, что разряды атмосферного электричества будут раздражать лапки и без подключения к громоотводу. Для проверки этого предположения он подвесил несколько препаратов к железным перилам балкона своего дома с помощью медных крюков. Как только ветер начинал раскачивать лапки, и они касались перил балкона, мышцы энергично сокращались. В дальнейшем Гальвани продемонстрировал, что сокращение лапок возможно без металла - он накидывал нерв одной лягушки на мышцу другой, при этом происходило сокращение этой мышцы.

Дальнейшее развитие электрофизиологии связанно с Карло Маттеуччи который в 1830-1840 годах показал, что в мышце всегда может быть отмечен электрический ток, который течёт от её неповрежденной поверхности к поперечному разрезу.

В середине XIX века основы электрофизиологии были заложенны классическими работами Э. Дюбуа-Реймона который показал связь между электрическим током и нервным импульсом. Дальнейшее развитие электрофизиологии тесно связанно с нейрофизиологией. В 1875 году независимо друг от друга английский хирург и физиолог Ричард Кэтон и русский физиолог В.Я. Данилевский показали, что мозг является генератором электрической активности, то есть были открыты биотоки мозга. В 1888 немецкий физиолог Ю. Бернштейн предложил т. н. дифференциальный реотом для изучения токов действия в живых тканях, которым определил скрытый период, время нарастания и спада потенциала действия, После изобретения капиллярного электрометра, применяемого для измерения малых эдс, такие исследования были повторены более точно французским учёным Э.Ж. Мареем (1875) на сердце и А.Ф. Самойловым (1908) на скелетной мышце. Н.Е. Введенский (1884) применил телефон для прослушивания потенциалов действия. Важную роль в развитии электрофизиологии сыграл советский физиолог В. Ю. Чаговец, впервые применивший в 1896 теорию электролитической диссоциации для объяснения механизма появления электрических потенциалов в живых тканях. Бернштейн сформулировал в 1902 основные положения мембранной теории возбуждения, развитые позднее английскими учёными П. Бойлом и Э. Конуэем (1941), А. Ходжкином, Б. Кацем и А. Хаксли (1949).

В начале XX в. для электрофизиологических исследований был использован струнный гальванометр, позволивший в значительной мере преодолеть инерционность других регистрирующих приборов; с его помощью В. Эйнтховен и Самойлов получили подробные характеристики электрических процессов в различных живых тканях. Неискажённая регистрация любых форм биоэлектрических потенциалов стала возможной лишь с введением в практику электрофизиологии (30-40-е гг. XX в.) электронных усилителей и осциллографов (Г. Бишоп, Дж. Эрлангер и Г. Гассер, США), составляющих основу электрофизиологической техники. Использование электронной техники позволило осуществить отведение электрических потенциалов не только от поверхности живых тканей, но и из глубины при помощи погружаемых электродов (регистрация электрической активности отдельных клеток и внутриклеточное отведение). Позднее в электрофизиологии стала широко использоваться также электронно-вычислительная техника, позволяющая выделять очень слабые электрические сигналы на фоне шумов, проводить автоматическую статистическую обработку большого количества электрофизиологических данных, моделировать электрофизиологические процессы и т. д.

В 1773 году он начал Гальвани, изучая лягушек. В опытах с лягушки pitvanэmi двадцать шестой Гальвани первым заметил, что в 1781 году создание загрузочной флешки Лягушачьи лапки лежал на металлической подложке, которая была также электрические устройства, каждое прикосновение к металлическим ножом на нервные љkubajн спонтанно, когда устройство находится в эксплуатации. Ожидается, что эти опыты помогал жене Galvaniho-Люсии.

Гальвани продолжал свои опыты с атмосферным электричеством, а также. Буря Гальвани провода подключить подготовленный ногу лягушка с дом и хорошо. Он смотрел на мышцы в процессе подготовки. Позже он обнаружил, что лягушка ногу лежащего на сталь поддержку дергаться, когда обратился по вопросу о медную табличку.

В 1791 году Гальвани обнаружил, что ноги лягушки выходит на ощупь проводников биметалла цинка и меди:

Galvaniho экспериментировать с биметаллические движения и лягушачьи лапки (1791)

Несколько лет исследований обобщены в работе Гальвани Де Моту Viribus electricitatis в commentarius мышечной (Трактат о электрической энергии в движение мышц). Гальвани пришел к ошибочному выводу, что мышцы животном электричестве Положительный полюс в нервах и мышцах в отрицательном полюсе. Сокращение мышцы (эквивалент электрического разряда) формируется путем объединения двух полюсов металлической проволоки.

После исследования Луиджи Galvaniho Алессандро ВольтаПо построена первая ячейка электрохимическая.

Заключение жизни жила в нищете, Луиджи Гальвани. В 1796 году Болонья была оккупирована войсками французского императора Наполеона Бонапарта. Гальвани это через год вынужден покинуть университет. Луиджи Гальвани умер 4 декабря 1798.

Гальвани

Родился 9 сентября 1743года в Болонье. Изучал сначала богословие, а затем медицину, физиологию и анатомию. В 1759 окончил Болонский университет по специальности богословие, и только после защиты диссертации заинтересовался медициной (произошло под влиянием его тестя - известного врача и профессора медицины Карло Галеацци). Несмотря на учёную степень, Гальвани круто изменил свою профессию и вновь окончил Болонский университет, но уже медицинское отделение. Магистерская работа Гальвани была посвящена строению человеческих костей. После её успешной защиты в 1762 Гальвани начал преподавать медицину. В 1785 году, после смерти своего тестя, Гальвани занял его место руководителя кафедры анатомии и гинекологии, откуда незадолго до смерти был уволен за то, что отказался принести присягу Цизальпинской республике, основанной в 1797 году Наполеоном I. Первые работы Гальвани были посвящены сравнительной анатомии. В 1771 он начал опыты по изучению мышечного сокращения и вскоре открыл феномен сокращения мышц препарированной лягушки под действием электрического тока.

Итальянский анатом и физиолог Луиджи Гальвани, один из основателей учения об электричестве, основоположник электрофизиологии, родился в Болонье. В 1759 г. окончил Болонский университет, в котором изучал сначала богословие, а затем медицину, физиологию и анатомию; в 1762 г. получил степень доктора медицины. Преподавал медицину в Болонском университете, откуда незадолго до смерти был уволен за то, что отказался принести присягу Цизальпинской республике, основанной в 1797 г. Наполеоном Бонапартом.

Первые работы Гальвани посвящены сравнительной анатомии. В 1771 г. он начал опыты по животному электричеству: открыл и исследовал феномен сокращения мышц препарированной лягушки под влиянием электрического тока; наблюдал сокращение мышц при соединении их металлом с нервами или спинным мозгом, обратил внимание на то, что мышца сокращается при одновременном прикосновении к ней двух разных металлов. Гальвани объяснил эти явления существованием «животного электричества», благодаря которому мышцы заряжаются подобно лейденской банке. Результаты наблюдений и теорию «животного электричества» он изложил в 1791 в работе «Трактат о силах электричества при мышечном движении» («De Viribus Electricatitis in Motu Musculari Commentarius»). Новыми опытами (опубликованы в 1797) Гальвани доказал, что мышца лягушки сокращается и без прикосновения к ней металла - в результате непосредственного её соединения с нервом. Исследования Гальвани имели значение для медицинской практики и разработки методов физиологического эксперимента.

Опыты Гальвани, получившие правильную трактовку в работах А. Вольта, способствовали также изобретению нового источника тока - гальванического элемента. Сами явления, открытые Гальвани, долгое время в учебниках и научных статьях назывались «гальванизмом». Электрофизиология, отцом которой можно считать Гальвани, сейчас занимает важное место в науке и практике. Первым исследовал электрические явления при мышечном сокращении («животное электричество»). Обнаружил возникновение разности потенциалов при контакте разных видов металла и электролита. Одним из последователей Гальвани был его племянник Джованни Альдини, именно он одним из первых применил теоретические знания Гальвани на практике. Он стал проводить эксперименты, связанные с электрическими явлениями при мышечном сокращении, а точнее на трупах заключенных, которых приговорили к смертной казни. Работая в университете, Гальвани одновременно занимался физиологией: ему принадлежат интересные труды, в которых он доказал, что строение птичьего уха практически не отличается от человеческого. Умер Гальвани в своей родной Болонье 4 декабря 1798.

Научная деятельность

К концу XVIII века Джон Уолш доказал электрическую природу удара ската, проводя эксперименты во французском городе Ла-Рошель, а анатом Хантер дал точное описание электрического органа этого животного. Исследования Уолша и Хантера были опубликованы в 1773 году.

К тому времени, как в 1786 году Гальвани положил начало своим опытам, не было недостатка в попытках физической трактовки психических и физиологических явлений. Однако именно исследования вышеуказанных ученых подготовили почву для возникновения учения о животном электричестве.

В 1791 году в «Трактате о силах электричества при мышечном движении» было описано сделанное Гальвани знаменитое открытие. Сами явления, открытые Гальвани, долгое время в учебниках и научных статьях назывались «гальванизмом». Этот термин доныне сохраняется в названии некоторых аппаратов и процессов. Свое открытие сам Гальвани описывает следующим образом:

«Я разрезал и препарировал лягушку… и, имея в виду совершенно другое, поместил ее на стол, на котором находилась электрическая машина…, при полном разобщении от кондуктора последней и на довольно большом расстоянии от него. Когда один из моих помощников острием скальпеля случайно очень легко коснулся внутренних бедренных нервов этой лягушки, то немедленно все мышцы конечностей начали так сокращаться, что казались впавшими в сильнейшие тонические судороги. Другой же из них, который помогал нам в опытах по электричеству, заметил, как ему казалось, что это удается тогда, когда из кондуктора машины извлекается искра… Удивленный новым явлением, он тотчас же обратил на него мое внимание, хотя я замышлял совсем другое и был поглощен своими мыслями. Тогда я зажегся невероятным усердием и страстным желанием исследовать это явление и вынести на свет то, что было в нем скрытого».

Как справедливо указал впоследствии Вольта, в самом факте вздрагивания лапки препарированной лягушки при электрическом разряде с физической точки зрения не было ничего нового. Явление электрической индукции, а именно явление так называемого возвратного удара, было разобрано Магоном в 1779 году. Однако Гальвани подошел к факту не как физик, а как физиолог. Ученого заинтересовала способность мёртвого препарата проявлять жизненные сокращения под влиянием электричества.

Он с величайшим терпением и искусством исследовал эту способность, изучая её локализацию в препарате, условия возбудимости, действие различных форм электричества и, в частности, атмосферного электричества. Классические опыты Гальвани сделали его отцом электрофизиологии. Гальвани, осуществив ряд экспериментов, пришел к выводу о существовании нового источника и нового вида электричества. Его привели к такому выводу опыты составления замкнутой цепи из проводящих тел и металлов (лучше всего по признанию самого учёного было использовать разные металлы, например железный ключ и серебряную монету) и лягушечного препарата.

После долгих научных изысканий Гальвани предположил, что мышца является своеобразной батареей лейденских банок, непрерывно возбуждаемой действием мозга, которое передается по нервам. Именно так и была рождена теория животного электричества, именно эта теория создала базу для возникновения электромедицины, и открытие Гальвани произвело сенсацию. Среди последователей болонского анатома оказался и Алессандро Вольта.

Лейденская банка

Один эксперимент, электрическая природа которого была достоверно доказана лишь во второй половине XIX века, дал новый импульс исследованию электрических явлений. В 1676 г. астроном Жан Пикар, перенося ночью барометр, заметил, что время от времени пустая часть трубки со ртутью начинает светиться. Это явление, замеченное и другими, было описано в небольшой книжечке, попавшей в руки Иоганна Бернулли. Заинтригованный необычайностью явления, он предпринял тщательное исследование и в результате построил небольшой прибор, вскоре распространившийся по всей Европе и вызывавший восхищение и изумление всего ученого и неученого мира. Прибор этот состоял из стеклянной трубки, из которой удален воздух и которая частично наполнена ртутью. Если в темноте встряхнуть такую трубку, то она таинственным образом начинает светиться, как если бы была «полна огня». Это явление напоминало Бернулли свечение фосфора, поэтому свет этих трубок он назвал «фосфорическим светом», хотя фактически фосфор к этому не имеет никакого отношения и явление это электрического происхождения.

Опыт Грея. Гравюра, 1754 г. Мужчина, стоящий справа, приближает наэлектризованную стеклянную трубку к руке дамы, сидящей на качелях, подвешенных на шелковых веревках, а мужчина слева прикасаетсяк другой руке дамы и извлекает из нее искру.

В 1705 г. за изучение фосфорического света взялся неутомимый английский экспериментатор Френсис Хоксби (?-1713), который получал его, прикасаясь руками к вращающемуся стеклянному шару, из которого удален воздух. Хоксби не только получил фосфорическое свечение, но и убедился в том, что стеклянный шар сильно электризуется. Последовали многочисленные эксперименты с электричеством, основное значение которых состоит в том, что Хоксби ввел в употребление применяющуюся и поныне стеклянную палочку, электризуемую при натирании тканью. Тем самым опыты с электричеством стали общедоступными, дешевыми и весьма развлекательными.

Опыты по электричеству, XVIII век

Этим воспользовался в 1729 г. другой англичанин, Стивен Грей (1670-1735), проводивший эксперименты, вероятно, для заполнения своего досуга в те последние годы, когда он уже отошел от дел. Он показал, что электричество может распространяться по некоторым телам, и ввел, таким образом, в науку понятие проводника и изолятора, если воспользоваться терминами, введенными несколькими годами позже (в 1739 г.) Жаном Теофилем Дезагюлье (1683-1744). Грей открыл также явление электростатической индукции и подтвердил его многочисленными опытами, из которых наибольшее восхищение вызвал опыт с ребенком, которого подвешивали горизонтально на веревках и наэлектризовывали приближением заряженной стеклянной палочки к его ногам.

Электрическая машина, применявшаяся еще в 1750 г. Вращающийся стеклянный шар G электризуется от прикосновения рук. Человек, стоящий на изолирующей скамеечке, дотрагивается до железного стержня NL, держа в руке миску с подогретым винным спиртом, который вспыхивает от искры, исходящей из руки дамы

Опыты Грея возбудили любопытство одного французского ученого с энциклопедически широким диапазоном интересов - Шарля Франсуа де Систерне Дюфэ (1698-1739). После бесчисленных опытов, проведенных с искусством, достойным восхищения, Дюфэ пришел в 1733 г. к фундаментальному открытию существования двух видов электричества, которые он назвал «стеклянным» и «смоляным» просто в память о том, что стекло и копал позволили ему открыть это явление. Не только те немногие вещества, которые были указаны Гильбертом и его последователями, но и все тела, за исключением металлов и влажных тел (это ограничение было впоследствии снято Ингенгоузом в 1778 г.), электризуются при трении. Это убедительно показали опыты Дюфэ с версором, который он сделал значительно более чувствительным, закруглив его острие и установив на подставку из сухого стекла. Каждое натертое тело приобретает один из видов электричества. Для определения вида электричества, приобретенного телом, Дюфэ предложил те же методы, которые применяются и сейчас.

Вращающийся шар Хоксби вскоре был усовершенствован, особенно Иоганном Винклером (1703-1770), профессором латинской литературы Лейпцигского университета. Винклер заменил шар стеклянной трубкой, вращавшейся с помощью педального механизма и натиравшейся уже не руками, а кожаными подушечками, отделанными конским волосом. Подушечки были соединены с землей с помощью проводящих столбиков. Эта машина давала столь сильные искры, что они были способны воспламенять эфир. Уже значительно позже, между 1755 и 1766 гг., цилиндр был заменен более удобным стеклянным диском. Приоритет этого изобретения оспаривают Мартин Планта (1727-1802), Джон Ингенгоуз (1730-1799) и Джессе Рамсден (1735-1800). Сейчас эта машина известна как машина Рамсдена, который построил ее и распространил.

Машина Рамсдена конца XVIII века (М. Guуоt, Nouvelles recreations physiques et mathematiques, 1800).

Но еще до того, как появилась дисковая машина, интерес к новым явлениям, который до 1740 г. был ограничен лишь научными кругами, распространился среди широкой публики. Сеансы демонстрации электрических явлений проводились почти повсюду - на площадях и при королевских дворах, учеными и фокусниками, нашедшими в них еще один способ заработка. Интерес публики привлек к исследованию этих новых явлений большое число ученых, несмотря на насмешки многих скептиков, которые, осуждая, вновь и вновь ставили обычный вопрос: зачем это нужно? К новым исследованиям обратились не только физики, но и медики. В Венеции, в Турине, в Болонье были предприняты первые попытки применения электричества в медицине. Несколькими годами позже появляются первые публикации - небольшая книжечка анонимного автора «Dell"elettricismo» («Об электричестве»), вышедшая в Венеции в 1746 г., и письмо Франческо Пивати (1689-1764) «DelVelettricitd medica» («О медицинском электричестве»), опубликованное в 1747 г.

Результатом такой популяризации электрических опытов было открытие явления, реализуемого в «лейденской банке», как ее назвал французский физик Жан Нолле (1700-1770).

В 1745 г. немецкий каноник Эвальд Юрген фон Клейст, пытаясь, по-видимому, изготовить себе электризованную воду, которая считалась полезной для здоровья, и независимо от него лейденский физик Мушенбрек, продев в горлышко банки с водой гвоздь, дотронулись им до проводника действующей электрической машины; затем, прервав контакт, они притронулись другой рукой к гвоздю и испытали очень сильный удар, вызвавший онемение руки и плеча, а у Мушенбрека даже «все тело содрогнулось, как от молнии».

Весть об этом опыте быстро распространилась. Его стали повторять во многих местах. Серия опытов Нолле началась с опыта по «содроганию» целой цепи державшихся за руки монахов в картезианском монастыре в Париже. Затем он начал опыты на птицах, пользуясь простым, но полезным приспособлением - разрядником, применяющимся вплоть до наших дней. Нолле, который всегда следил за модой и стремился к театральным эффектам (его публичные опыты были настоящими представлениями для парижского света), убид с помощью разряда несколько птичек, после чего призывал обращаться с осторожностью с этой новой вещью, которая «может оживать и раздражаться».

Уже в следующем году бутылка с водой была заменена банкой с обкладками из металлической фольги с обеих сторон - внутри и снаружи. Был создан плоский конденсатор, а для увеличения эффекта Винклер в Германии, а Франклин в Америке соединили банки в параллель, получив мощные «батареи», как их назвал Франклин.

Бенджамин Франклин

Бенджамин Франклин (1706-1790) занялся исследованиями электрических явлений почти случайно. Когда он приступил к этим опытам, ему было 40 лет, и менее чем в три года он достиг изумительных успехов. Одним из первых поразивших его фактов было, выражаясь его словами, «...удивительное свойство остроконечных тел как притягивать, так и отталкивать электрический огонь»(Oeuvres de М. Franklin, Traduites de l"Anglois sur la quatrieme edition par M. Barbeu, Dubourg, Paris, 1773, I, p. 3. (На русском языке работы Франклина по электричеству опубликованы в книге: В. Франклин, Опыты и наблюдения над электричеством, М., 1956. - Прим. перев.)).

Это наблюдение, как мы знаем, не было новым, но новой была систематичность экспериментов, с помощью которых ему удалось установить, как говорят сейчас, «свойство острия» - способность, как думал Франклин, острия притягивать и отталкивать электрический флюид.

Бенджамин Франклин. Гравюра работы М. Чемберлина и Э. Фишера.

Но как, же разумно объяснить этот факт? Франклин попытался это сделать, но сам почувствовал недостаточность своего объяснения. Ну и что? Разве обязательно физику знать внутреннюю сущность явлений? И американский ученый с откровенно прагматистской ориентацией, которая всегда определяла его научные исследования, отвечает:

Для нас наиболее важным является не знание способа, которым природа осуществляет свои законы; достаточно знать сами эти законы. Реальную пользу представляет знание того, что если отпустить в воздухе ничем не поддерживаемое фарфоровое изделие, то оно упадет и неминуемо разобьется. Знать же, как оно упадет и почему разобьется, - это уже чисто умозрительный вопрос. Приятно, конечно, знать истину, однако обеспечить целость фарфорового изделия мы можем и без этого»

Теории электричества

В годы с 1745 по 1750 был предложен ряд теорий электричества, объединяемых одной общей чертой, унаследованной от картезианской философии: наличием некоторого характерного флюида, которому ученые в полете фантазии приписывали самые необыкновенные свойства и качества, стараясь объяснить электрические явления механическими процессами.

Довольно известны были теории Нолле и Уильяма Уотсона (1707-1787), вскоре уступившие место теории Франклина, сформулированной им в 1747 г. Эта теория сразу покорила ученых. Исходит она из следующего явления: если человек стоит на изолирующей скамеечке и натирает голой сухой рукой стеклянную трубку, то другой человек, стоящий на полу, может извлечь искру, приблизив свой палец либо к стеклянной трубке, либо к человеку, натиравшему трубку. Это явление можно варьировать, и оно прекрасно объясняется, если, согласно Франклину, принять, что существует лишь один-единственный электрический флюид, содержащийся во всех телах. Каждый процесс электризации состоит в извлечении из одного тела части находящегося в нем флюида и его переходе в другое тело. Получающийся при этом недостаток или избыток электрического флюида в теле проявляется в характерных электрических явлениях. Таким образом, тело наэлектризовано либо потому, что у него имеется избыток электрического флюида по сравнению с нормальным состоянием, либо потому, что у него оказывается меньше электрического флюида, нежели в нормальном состоянии. В первом случае Франклин называет тело положительно (плюс), во втором - отрицательно (минус) электризованным. Эта терминология сохранилась до наших дней.

Для объяснения электрических явлений Франклин приписывает электрическому флюиду три основных свойства: чрезвычайную тонкость, взаимное отталкивание его частей, сильное притяжение электрической материи к обычной материи. Если тело заряжено положительно, то избыток электрического флюида размещается на его поверхности и образует «электрическую атмосферу». Это выражение применялось почти до середины XIX века, причем не всегда в переносном смысле, как более или менее образное выражение, а подчас в строго физическом смысле. Часто говорили о «толщине» электрической атмосферы в геометрическом смысле. Через такое словоупотребление уже в XVIII веке пробило себе дорогу понятие плотности электрического флюида, которое справедливо использовалось для объяснения «свойства острия».

Но как же, принимая существование электрической атмосферы, объяснить понде-ромоторноевзаимодействиетел, электризованных отрицательно и, следовательно, лишенных электрической атмосферы? И далее, идет ли речь о действии на расстоянии или об опосредствованном действии? Франклин благоразумно хранит молчание по этим вопросам.

Впрочем, построенной им теоретической модели оказалось достаточно, чтобы привести Франклина к созданию плоского конденсатора, названного в его честь, и к выяснению того факта, что сила удара лейденской банки заключена в стекле банки, а не в ее двух проводящих обкладках.

Неспособность теории Франклина объяснить пондеромоторные действия привела к появлению дуалистической теории, постоянно противостоявшей теории Франклина с переменным успехом.

Поводом к возникновению этой теории были некоторые странные явления, привлекшие в 1759 г. внимание англичанина Роберта Симмера (?-1763), а еще шестью годами раньше вызвавшие интерес Джамбаттисты Беккариа. Симмер замечал характерное потрескивание и проскакивание маленьких искр каждый раз, когда он снимал первую из двух пар шелковых чулок, которые одновременно носил. Чем обусловлена противоположная электризация чулок? Занявшись исследованием этого вопроса, Симмер пришел к выводу, что электрические явления обусловлены двумя различными электрическими субстанциями, которые, будучи обе активными и положительными, действуют, так сказать, противоположно. В каждом теле имеются оба эти флюида, но в нейтральном, т. е. неэлектризованном, состоянии оба флюида присутствуют в равном количестве, так что внешний эффект отсутствует. Тело кажется наэлектризованным положительно или отрицательно в зависимости от того, какого флюида в нем больше. По правде говоря, экспериментальные факты, приведшие Симмера к выдвижению своей теории, весьма скудны и не очень убедительны. Самым веским фактом была, несомненно, форма отверстий в бумаге, образующихся при электрическом разряде: выгиб краев отверстия наружу по обе стороны от поверхности бумаги, согласно Симмеру, наглядно свидетельствует о том, что два различных флюида пересекают бумагу в противоположных направлениях.

Пироэлектричество

Турмалин, минерал с кристаллами ромбоэдрической системы, довольно распространенный в Европе, стал известен лишь с 1717 г. благодаря химику Луи Лемери (1677-1743), который описал его как особенный камень, привозимый с Цейлона, обладающий способностью притягивать легкие частицы и потому названный Линнеем в 1747 г. «электрическим камнем» (lapis electricus). Никто не занимался им до 1756 г., пока он не попал в руки Эпинуса, окрестившего его «турмалином» и начавшего исследовать его особые свойства. Целый ряд опытов, проведенных с исключительным умением, сразу убедил Эпинуса в том, что странная способность турмалина связана с электричеством, но совершенно отличается от общеизвестного явления электризации трением. Турмалин электризовался при нагреве, причем один конец его заряжался положительно, а другой - отрицательно.

Публикация Эпинуса вызвала жаркую полемику, в которой приняли участие, в частности, Бенджамин Уилсон (1708?-1788), Мушенбрек, Вильке, оспаривавшие результаты экспериментов Эпинуса главным образом потому, что им не удалось их повторить с той точностью, с которой ставил свои опыты сам Эпинус (подобные опыты и сейчас требуют тщательной постановки, если только не прибегать к электроскопическому порошку). Конец этой полемике положил Джон Кантон (1718-1772), который в прекрасном докладе, зачитанном Королевскому обществу в 1759 г., не только подтвердил результаты Эпинуса, но, кроме того, установил, что электризация получается и при охлаждении. В следующем, 1760 г. Кантон обнаружил, что свойством турмалина обладает также бразильский топаз, а Уилсон нашел его затем и у других драгоценных камней. В 1762 г. Кантон показал, кроме того, что возникающие при нагревании турмалина заряды равны по величине и противоположны по знаку. К этому выводу он пришел, погрузив образец турмалина в металлический сосуд с кипящей водой, соединенный с электрометром; электрометр не обнаружил никакого заряда. Заметим, что электрометр Кантона, введенный им в употребление с 1753 г. и бывший в течение многих лет одним из необходимейших приборов, представлял собой модификацию первого электроскопа с пробковыми шариками, описанного тем неизвестным автором, который в 1746 г. опубликовал первую работу по «медицинскому электричеству». Электроскоп Кантона состоял из двух почти соприкасающихся пробковых шариков, подвешенных в небольшой коробочке на двух льняных нитях.

Возвращаясь к свойствам турмалина, укажем, что минералог Рене Аюи (1743-1822) в своем учебнике по физике 1802 г. и в последующих изданиях вплоть до 1821 г. привел в порядок данные об этом явлении и представил их, по сути дела, в том же виде, в каком они известны сейчас, если не считать теоретических вопросов, отнюдь не решенных и в наше время. Кроме того, Аюи сделал важное открытие, что пироэлектрические кристаллы могут электризоваться не только при нагреве, но и под действием давления, и опираясь на это явление, позднее получившее название пьезоэлектричества, создал чувствительный электроскоп. Пьезоэлектричество исследовалось в течение всего XIX века и имеет сейчас многочисленные технические применения.

Алессандро Вольт

Алессандро Вольта (родился в Комо 18 февраля 1745 г., умер там же 5 марта 1827 г.) относился с недоверием к так называемому «животному электричеству». Он принадлежал к той группе физиков, которая считала, что такого электричества вообще не существует, за исключением случаев «электрических рыб». И вот сторонник таких взглядов Вольта ознакомился с работой Гальвани. Описанные в третьей части работы Гальвани опыты показались Вольте столь необычными и поразительными, что он, возможно, не стал бы повторять их, если бы не настояния его коллег по Павийскому университету. Вольта начал повторять опыты Гальвани 24 марта 1792г., и скептицизм его стал рассеиваться. 3 апреля 1792 г. он пишет Гальвани:

«Итак, вот я, наконец, обращен, с тех пор как я стал сам очевидцем и наблюдал эти чудеса, я, пожалуй, перешел от недоверия к фанатизму».

К фанатизму, но к благоразумному: 5 мая в публичной лекции в университете Вольта рассказывает об опытах Гальвани, превозносит их, поет хвалу важности этого открытия и возможностям дальнейшего его развития, но вместе с тем начинает выдвигать требования большей количественной строгости при исследовании этого явления, ибо

«...что хорошего можно сделать с вещами, не приведенными к степени и мере, особенно в физике? Как можно определить причину, если не определить не только качество, но и количество и интенсивность явлений?» (Le opere di Alessandro Volta, Ediz. naz., I, Milano, 1918, p. 26. (Переводы работ Вольты о природе животного электричества на русский язык опубликованы в книге: Л. Гальвани, А. Вольта, Избранные работы о животном электричестве, М. -Л., 1937. - Прим. перев.))

От себя он замечает, что лягушка может представлять собой

«...электрометр, в десятки раз более чувствительный, чем даже самый чувствительный электрометр с золотыми листочками».

Тем самым, сознательно или бессознательно, он начал выдвигать мысль о том, что лягушка представляет собой просто измерительный прибор. С помощью тонких опытов, выполненных с электрометром своей конструкции и с электрометром Беннета, Вольта приходит к выводу, что если действительно мышцы и нервы являются обкладками конденсатора, то нервы представляют собой отрицательную обкладку, а мышцы - положительную, т. е. как раз обратно тому, что утверждал Гальвани. Наконец, описывая, как ему удалось добиться сокращения мышц у еще живой и целой лягушки, Вольта настойчиво привлекает внимание к одной физической особенности гальванического опыта: образующие дугу металлы, прикладываемые к частям тела животного, чтобы вызвать сокращение мышц, должны быть различными. Через несколько дней после университетской лекции он, продолжая свои опыты, замечает:

«Факт... суть которого я еще не мог понять, что меня нисколько не удовлетворяет, заключается в необходимости применения неодинаковых проводников... У меня вызывает иногда сомнение, действительно ли различные или по-разному приложенные к двум точкам животного металлические провод-ники служат лишь для того, чтобы, соприкасаясь друг с другом, установить связь, предоставляющую электрическому флюиду путь, по которому тот естественно стремится перейти из одного места в другое, как представляется естественным думать. Одним словом, действительно ли они чисто пассивны или же они являются положительными активными агентами, приводящими в движение электрический флюид животных, нарушая его спокойствие и равновесие и заставляя его входить через проводник одного типа и выходить через проводник другого типа» (Там же, р. 39-40).

Мы уже говорили, что целесообразность применения различных металлов заметил еще Гальвани, причем это было не случайное наблюдение, как пишут некоторые историки, а многократное. Гальвани специально его подчеркивал как одно из условий, необходимых для успешности эксперимента, поскольку заметил, как он пишет в черновике одной неизданной работы, что опыт не удается или очень плохо получается, если дуга состоит из одного-единственного металла. В одной анонимной работе, несомненно принадлежащей Гальвани и опубликованной в 1794 г., он пытается объяснить большую активность разнородной дуги. Объяснение его, надо признать, довольно формальное и сводится к тому, что животное электричество отличается от искусственного своими свойствами и первое отличие заключается в том, что оно «более эффективно действует через разнородные проводники» (Ореrе di Luigi Galvani, цит. выше, р. 272). В этом проявляется различный образ мышления обоих ученых: физиолог Гальвани ищет причину явления только в физиологических фактах, физик Вольта видит причину в чисто физических явлениях.

Но вернемся к Вольте. 5 мая он превозносил Гальвани, а 14 мая в своей второй университетской лекции уже проводит сопоставления в чисто полемическом плане. Он показывает, что мышцы по существу не участвуют в создании самого явления: их сокращение вызывается, как вторичный эффект, возбуждением нерва. Для доказательства он ставит знаменитый опыт, в котором обнаруживается «кисловатый» привкус на языке при приложении к его кончику оловянной или свинцовой пластинки, а к середине языка серебряной или золотой монеты и при образовании проводящей дуги этими металлическими предметами. При этом ощущается тот же вкус, что и при приближении языка

«к кончику искусственно наэлектризованного проводника на такое расстояние, что искра еще не проскакивает» (Alessandro Volta, Le opere, цит. выше I, p. 62).

Кисловатый вкус переходит в «щелочной, т. е. отдающий горечью», если поменять на языке местами металлические предметы. Вольта нашел, что язык представляет собой чувствительнейший индикатор электричества, и это оказало ему ценную помощь в дальнейших исследованиях.

В июне 1792 г., через три месяца после того, как Вольта начал повторять опыты Гальвани, у него уже не оставалось былых сомнений:

«Таким образом, металлы не только прекрасные проводники, но и двигатели электричества; они не только предоставляют легчайший путь прохождению электрического флюида... но сами же вызывают такое нарушение равновесия тем, что извлекают этот флюид и вводят его, подобно тому как это происходит при натирании идиоэлектриков» (Там же, р. 117. (Идпоэлектриками в то время назывались тела, электризующиеся при трении. - Прим. перев.)).

Это известный закон контактных напряжений; два разнородных металла вызывают «нарушение равновесия» (сейчас говорят - создают разность потенциалов) между обоими металлами. Установив этот закон, Вольта в результате длительной серии опытов располагает] металлы в ряд, построенный так, что больший эффект соответствует металлам, более удаленным друг от друга в этом ряду. Один из первых его «рядов напряжений» таков: цинк, оловянная фольга, обычное олово в пластинах, свинец, железо, латунь и различные сорта бронзы, медь, платина, золото, серебро, ртуть, графит, древесный уголь.

Виды "столбов", описанных Вольтой в письме к Бэнксу. Сверху - "цепочка чашек". Буквой А обозначены серебряные пластины, буквой Z - цинковые

Против этого чисто физического объяснения явлений, наблюдаемых в опытах с лягушками, возражал Гальвани, поддержанный своим племянником Джованни Альдини (1762-1834) и Эудженио Валли (1762-1816). В последующем Гальвани пытался исключить из опытов металлические проводники, т.е. добиться сокращения мышц лягушки без применения физических средств. Вольта же искал способы исключить лягушку, т. е. найти физический метод обнаружения контактного электричества. Интересно, что оба они достигли цели и поэтому каждый считал себя победителем в споре. Гальвани в одном из опытов, упрощенном впоследствии Валли и описанном в наделавшей много шуму брошюре (1794 г.), препарировал лягушку так, что к ее телу остались присоединенными лишь бедренные нервы, а обе половинки лягушки затем были изогнуты так, что нервы касались голых бедренных мышц; каждое касание вызывало вздрагивание тела лягушки.

Вольта сначала пытался отрицать это явление, а потом ответил обобщением собственной теории: нарушение электрического равновесия наступает не только при контакте проводников первого класса, т. е. металлов, но и при контакте проводников второго класса. Короче говоря, нарушение равновесия наступает при контакте любых двух различных проводников, а следовательно, и при соприкосновении двух различных частей лягушки. И если даже разнородность соприкасающихся частей ни в чем ином не проявляется, сам факт нарушения электрического равновесия уже свидетельствует об этом. Иными словами, Вольта произвольно обратил закон контактных напряжений, утверждая, что нарушение электрического равновесия означает наличие контакта между разнородными проводниками.

Все же эта удобная позиция в споре была довольно шаткой и, несомненно, была бы разбита, если бы Вольта не нашел способа не только заменить лягушку другой гальванической цепью (собственным языком), как это было сделано в его поразительных опытах, но и вообще исключить все не чисто физические элементы из опыта. В 1796 г. Вольте удается наконец-то обнаружить контактное электричество чисто физическими методами с помощью дупликатора Никольсона. За первой изящной серией опытов с дупликатором последовали его классические опыты с конденсаторным электроскопом, описываемые сейчас во всех учебниках.

Из гальванической цепи была исключена лягушка, но зато и Гальвани исключил из цепи все физические факторы. С этого момента два направления исследования - физическое и физиологическое - разделились. По одному общему вопросу споры еще продолжались и особенно ожесточились в XIX столетии, пока в 1844г. Карло Маттеуччи (1811-1868) не опубликовал серию работ, доказывающих существование «животного электричества», отрицаемого «вольтианцами», но обладающего теми же свойствами, что и обычное электричество, а не отличного от него по природе, как утверждали «гальванианцы».

Теперь, уже уверенный в том, что свел гальваническое явление к чисто физическому, Вольта продолжал свои теоретические и экспериментальные исследования с вполне определенной целью - найти способ увеличения эффекта, который слишком слабо выражен при контакте только двух металлов. Так он начал исследовать «цепи» из проводников, т. е. явления, возникающие при приведении в соприкосновение нескольких проводников.

Загадочный триумф

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. Наполеон щедро наградил автора: в честь ученого была выбита медаль и учреждена премия в 80 000 экю. Все ведущие научные общества того времени, включая Петербургскую академию наук, изъявили желание видеть его в своих рядах, а лучшие университеты Европы были готовы предоставить ему свои кафедры. Позднее он получил титул графа и был назначен членом сената Королевства Италия. Имя этого человека хорошо известно и сегодня, а различные варианты искусственных электрических органов, имитирующих натуральные, выпускаются в миллиардных количествах. Речь идет об Алессандро Вольте и его изобретении - Вольтовом столбе, прообразе всех современных батарей и аккумуляторов. Какое отношение имеет Вольтов столб к электрическим органам рыб - об этом позже, а пока обратим внимание на то обстоятельство, что демонстрация проводилась с подчеркну той помпезностью и при большом стечении народа. Вольтов столб предположительно давал напряжение 40-50 вольт и ток менее одного ампера. Что же именно должен был показать Вольта, чтобы поразить всеобщее воображение? Представьте, что не Вольта, а вы стоите перед Наполеоном с полным ящиком самых лучших батареек и хотите продемонстрировать с их помощью что-нибудь эффектное. Лампочек, моторчиков, плееров и прочая нет еще даже в идее. Электрофорная машина к тому времени давно известна, лейденская банка изобретена более чем за 50 лет до этого. Все связанное с искрами, треском, светящимися наэлектризованными шарами, одновременным подпрыгиванием от электрического удара большой группы людей уже не раз демонстрировалось и не вызвало даже малой доли таких почестей и наград. Почему же триумф выпал на долю Вольтова столба? По-видимому, секрет успеха заключался в том, что Вольта повторил перед Наполеоном опыты по оживлению отрезанных членов с помощью малых количеств электричества. "Я делал их не только над лягушками, но и над угрями и над другими рыбами, над ящерицами, саламандрами, змеями и, что важнее, над мелкими теплокровными животными, именно над мышами и птицами", - писал ученый в 1792 году, в самом начале исследований, приведших в итоге к великому изобретению. Представьте себе разнообразные отрезанные части различных животных, лежащие совершенно недвижно, как и подобает отрезанным членам, из коих вытекла жизненная сила. Малейшее прикосновение Вольтова столба - и плоть оживает, трепещет, сокращается и содрогается. Были ли в истории науки опыты, более потрясающие воображение? Но все знают, что идея этих опытов принадлежит отнюдь не Вольте, а Луиджи Гальвани. Почему же он не был осыпан почестями в первую очередь или по меньшей мере рядом с Вольтой? Причина отнюдь не в том, что Гальвани к тому времени уже скончался, - будь он жив, наполеоновская награда, скорее всего, досталась бы Вольте. Да и не в Наполеоне дело - в последующие годы не он один возвышал Вольту и принижал Гальвани. И на то были свои резоны.

Упрямый "лягушатник"

Из учебников физики о Луиджи (или, в латинизированной форме, Алоизии) Гальвани известно примерно следующее: итальянский врач, анатом и физиолог конца XVIII века; на явление, получившее название "опыт Гальвани", он наткнулся случайно и не смог правильно объяснить, поскольку исходил из ложной гипотезы о существовании некоего животного электричества. А вот разобраться в явлении и создать полезное устройство на его основе смог физик Алессандро Вольта. Казалось бы, картина ясная: анатом резал лягушек (а что еще умеет делать анатом?), случайно наткнулся на то, что лапка дергается под действием тока, и ничего не понял - не физик, куда ему понимать суть вещей. Вольта, физик, все тщательно повторил, все правильно объяснил и даже подтвердил практикой. А то, что анатом и врач то ли из упрямства, то ли по недомыслию продолжал настаивать на своем, окончательно плохо его характеризует. Непонятно, почему человечество оказалось столь благосклонным к этому врачу, что присвоило его имя и токам проводимости, и целой области физики, и прибору для измерения тока, и важнейшему технологическому процессу электрохимического нанесения металлических покрытий, и даже изобретенным Вольтой источникам тока. Ни с одним из самых известных физиков - ни с Ньютоном, ни с Декартом, ни с Лейбницем, ни с Гюйгенсом, ни с любимцем классической физики Джеймсом Клерком Максвеллом - не связано такое количество терминов. Но вот что забавно: когда речь идет об областях не физических, термины, связанные с именем Гальвани, вполне респектабельны и устойчивы: гальванотерапия, гальваническая ванна, гальванотаксис. Если же дело касается физики, то на всякий гальванический термин есть термин антигальванический: не гальванометр, а амперметр; не гальванический ток, а ток проводимости; не гальванический элемент, а химический источник тока. Чем ортодоксальнее учебник физики, тем меньше вероятность встретить в нем не только какое-либо упоминание научных заслуг Гальвани, но и гальваническую терминологию. Официальные власти империи сэра Исаака Ньютона, или "цеховики", как называл их Гёте, явно отказывают в гражданстве Луиджи Гальвани, но кто-то постоянно пишет на стенах храма науки его имя и напоминает о его существовании. Попробуем разобраться, в чем тут дело. Гальвани, прежде всего, физиолог, но в конце XVIII века это слово воспринималось буквально: физика - природа, логия - ее изучение, физиолог - изучатель природы, или, по-русски, естествоиспытатель. К началу описываемых событий в лаборатории Гальвани находились электрофорная машина, электрофор конструкции Вольты, электроскоп, сделанный в соответствии с указаниями Вольты, лейденская банка, магический квадрат (другой вариант конденсатора), громоотвод, то есть весь арсенал средств для исследования электричества, которым располагала физика того времени. Что касается занятий врачеванием и анатомией, то медицина была весьма распространенным средством существования естествоиспытателей того времени. Из множества примеров приведу основателя гидродинамики Даниила Бернулли, который писал свои знаменитые уравнения для объяснения системы кровообращения и был в один из периодов своей жизни профессором анатомии Петербургской академии наук. Кроме того, изучение электричества было теснейшим образом связано с медициной. Начало этим исследованиям положил врач королевы Елизаветы - Гильберт, от которого и пошла вся янтарная терминология и который в 1600 году издал большой трактат по магнетизму и электричеству. Теперь о случайности открытия. С указания на случай начинает свой "Трактат о силах электричества при мышечном движении" сам Гальвани: "Итак, я считал, что сделаю нечто ценное, если я кратко и точно изложу историю моих открытий в таком порядке и расположении, в каком мне их доставили отчасти случай и счастливая судьба, отчасти трудолюбие и прилежание. Я сделаю это не только для того, чтобы мне не приписывалось больше, чем счастливому случаю, или случаю больше, чем мне, но для того, чтобы дать как бы факел тем, которые пожелают пойти по тому же пути исследования..." Согласно мнению большинства историков науки, случай явился в лице молодой жены Гальвани - Лючии Галеацци, дочери учителя Гальвани, которая крутила ручку электрофорной машины, в то время как ассистент препарировал лягушку. Лапка билась под скальпелем, и наблюдательная женщина заметила, что судороги случаются тогда, когда между шарами машины проскакивает искра. Она обратила внимание мужа на это совпадение, и революция в физике началась. Описываемые события произошли в 1780 году, а трактат вышел только в 1791-м, и за эти 11 лет было поставлено огромное число экспериментов, в ходе которых ярко проявился удивительнейший талант Гальвани обращать внимание на существенные детали и выносить на свет сокрытое. Прежде всего, Гальвани установил, что для устойчивой повторяемости явления необходимо, чтобы экспериментатор касался либо металлических заклепок скальпеля, либо его металлического острия, "открывая доступ электрическому флюиду". Затем из опыта был исключен экспериментатор со скальпелем - его заменили на очень длинную проволоку, висящую на шелковых нитях и соединенную с нервом. Лапку при этом электрически соединяли с землей. В меньшей степени, но все-таки проявлялся эффект и в том случае, когда проводник присоединяли только к нерву или только к мышце. Гальвани провел один из первых в истории человечества экспериментов по электромагнитной связи. При этом требовались определенные анатомические умения, чтобы обеспечить полную электрическую изоляцию нерва от мышц. Дальность связи была невелика, но, во всяком случае, удалось получить устойчивые сокращения лапок при расположении электрофорной машины в соседней комнате. (Кстати говоря, более чем через сто лет, в 1923 году, лягушачью лапку применяли в качестве приемника в первых опытах по телеграфии на большие расстояния.) Препарированную лапку подвешивали на проволочках или вместе с антенной помещали в герметичный стеклянный сосуд и откачивали воздух - эффект сокращения все равно возникал. Малейшее же нарушение электрической цепи "проводник - нерв - мышца - проводник" приводило к остановке сокращений. Другая серия опытов состояла в замене искусственного электричества от электрофорной машины и лейденских банок на естественное грозовое электричество. Лапку соединяли с громоотводом, и во время грозы наблюдались сокращения при разрядах молний и при прохождении туч. Гальвани обратил внимание на то, что в некоторых случаях одна вспышка молнии вызвала несколько сокращений. Наконец, были предприняты исследования влияния атмосферного электричества, для чего лапки в ясную погоду вывесили на медных крючках на балконе с железными перилами. Гальвани стал прижимать медные крючки к железной решетке, и тут впервые заметил сокращение лапки при контакте разнородных металлов. Этого оказалось достаточно, чтобы придать экспериментам новое направление и перенести опыты обратно в комнату. Гальвани с изумлением убеждается в том, "что сокращения были различны сообразно различию металлов, именно в случае одних - сильнее и быстрее, а в случае других - слабее и медленнее". Было чему удивляться: до этого никаких различий электричес ких свойств металлов физике не отмечали. Теперь опыты состояли в замыкании нерва с наружной стороной мышцы дугой из металлов. Пытливый экспериментатор выявил, что "если вся дуга железная или крючок железный и если также проводящая пластина железная, то чаще всего сокращения либо отсутствуют, либо весьма незначительны. Если, однако, один из этих предметов железный, а другой - медный или же, что гораздо лучше, серебряный, то сокращения немедленно становились гораздо больше и гораздо продолжительнее". Осторожно высказав "некоторое подозрение об электричестве, свойственном самому животному", Гальвани не торопится считать это доказанным. Лишь подробно описав множество опытов так, чтобы желающие могли повторить их, он наконец объявляет мышцу "местом пребывания исследованного нами электричества". Схемы опытов постоянно оптимизируются с тем, чтобы вызвать устойчивый эффект наименьшим количеством электричества. Существенным оказывается покрытие нервов тонкой металлической, лучше всего оловянной, фольгой. При этом сокращение наблюдается даже без замыкающей дуги при одном лишь соприкосновении проводящего тела с обложенными фольгой нервами. Воздействие на нервы проявляется гораздо сильнее, чем на мышцы. Гальвани устанавливает, «что все части рассеченных животных так или иначе свободно проводят и легко пропускают электричество, вероятно вследствие влажности, которой они пропитываются». Трактат Гальвани написан в замечательной манере, при которой главное внимание уделяется не могуществу вспомогательного средства, например математического аппарата, не философским или теологическим ассоциациям, а аккуратному описанию постановки и результатов опытов и непосредственному движению мысли, выраженной естественным языком. Он рассматривает мышцу как батарею лейденских банок, указывая, что электричество сосредоточено на поверхности между внутренней полостью мышечных волокон и наружной. В качестве существенной детали этой гипотезы Гальвани предлагает принять во внимание, "что мышечное волокно, хотя на первый взгляд и очень простое, состоит, однако, из различных как твердых, так и жидких частей, что обусловливает в нем немалое разнообразие веществ". Широкими мазками набрасывает он картину возможных методов электромедицины и, главное, роли электричества в функционировании живого. Конечно, текст не свободен от фраз, вызывающих улыбку сегодняшнего читателя, например: "...болезни поражают особенно стариков, так как у них обильнее должны накопляться массы испорченного животного электричества..." Следует помнить, что в те времена электричество считали особой жидкостью, имеющей характерные вкус и запах. Теперь о "ложной гипотезе о животном электричестве". Начнем с того, что ко времени написания трактата Гальвани существование животного электричества было уже не гипотезой, а фактом: в 1773 году Уолш с помощью Кавендиша окончательно доказал электрическую природу разрядов электрических рыб. По мнению Гальвани, разряды электрических органов рыб отличаются от электрических сокращений мышц лягушек только количественно, но не качественно. Весь мир пронизан электричеством, в каждой лягушачьей лапке, в каждом живом органе текут слабые гальванические токи, вызывающие поразительные физиологические эффекты. Представлялась более чем очевидной гипотеза о том, что мозг экстрагирует электрический флюид из крови, а легкие всасывают электричество из атмосферы (не зря в грозу так легко дышится). Тонкая электрическая жидкость, неразличимая ни в какие микроскопы, распространяется по нервам, питает все члены и обеспечивает функционирование всех чувств. Если научиться отворять и затворять электричество, как кровь, заменять тухлое электричество свежим, то в медицине состоится большой скачок. Казалось бы, опыты Гальвани убедительно подтверждали такую упрощенную схему. Главным становился вопрос о том, где брать свежее электричество. Натуральные разряды электрических рыб в те времена ценились крайне высоко: есть сведения, что в Англии желающие платили 12 шиллингов 6 пенсов за оцепеняющий разряд угря, другие называют более дешевые разряды - по 2 шиллинга, но, возможно, цены колебались. В любом случае этот путь для массовой медицины не годился: больно хлопотно ездить к пациентам с электрическим угрем в саквояже-аквариуме. Вот почему такой восторг вызвал Вольтов столб - искусственный аналог электрического органа. Опыты физика профессионала Алессандро Вольта был на восемь лет моложе Гальвани, но последний в своем трактате называет его знаменитейшим и изготовляет приборы, следуя опубликованным рекомендациям Вольты. Вольта происходил из более знатной семьи, чем Гальвани, получил прекрасное образование, был лично знаком со многими авторитетными физиками Европы, состоял в переписке с Английским королевским обществом и, будучи принятым в его ряды, явно хотел быть в нем заметным. Биографы Вольты утверждают, что ему несвойственно честолюбие, но по его письмам складывается обратное впечатление. В отличие от Гальвани он легко идет на контакт с новой пронаполеоновской властью Италии, отрешившей Гальвани в последние годы его жизни от кафедры. Первая реакция Вольты на трактат крайне эмоциональна: "Я должен, однако, признаться, что я приступил к первым опытам с недоверием и без больших надежд на успех: настолько поразительными казались мне описанные явления, которые если и не противоречили, то слишком превосходили все то, что до сих пор было известно об электричестве, такими чудесными они мне казались. За это мое недоверие и как бы упорное предубеждение, которого я не стыжусь, я прошу прощения у автора открытия и считаю теперь своей славной обязанностью в такой же мере почтить его после того, как я видел и трогал рукой то, чему столь трудно было поверить до того, как потрогать и увидеть. Однако после того, как я сам стал очевидцем и творцом всех этих чудес, я наконец обратился и перешел от недоверия, может быть, к фанатизму". Сразу после ознакомления с этим трактатом Вольта подробно и гораздо более определенно, чем Гальвани, излагает аргументацию последнего и соглашается с ней. Один из основных выводов: проводники не могут быть источником электричества, электричество содержится только в изоляторах. Если при прикосновении дуги из металлов, неважно одного или двух, течет ток, то источник его находится вне дуги, то есть внутри организма. "Таким образом, если проводящая дуга вызывает вышеуказанные сокращения мышцы, то мы должны предположить, что эти органы животного, естественно, обладают электричеством в любом состоянии или что электрический флюид в соответствующих частях неуравновешен". Позже именно этот пункт об естественном присутствии электричества в животных органах будет Вольтой опровергнут и предъявлен как главный источник ошибок Гальвани. Вольта не видит особых заслуг Гальвани в обнаружении начального явления - сокращения лапки под действием искр от электрофорной машины. "Только случай натолкнул м. Гальвани на явление, которое его удивило гораздо больше, чем следовало бы. Впрочем, кто мог бы подумать, что электрический ток, до такой степени слабый, что его не могли обнаружить даже самые чувствительные электрометры, был способен действовать с такой силою на органы животного…" Для физика Вольты высокая чувствительность - вопрос количественный. Для физиолога Гальвани, судя по всему, - качественный. То, чему удивился Гальвани в первых опытах, на современном языке можно назвать адекватностью электростимуляции. Если количество электричества столь малое, что его почти не показывают электроскопы, вызывает ярко выраженный физиологический эффект, то стимул адекватен живому, то есть природа посылает через нервы в мышцы именно электрические импульсы. А значит она умеет их генерировать.

Подобные документы

Краткая биографическая справка из жизни Луиджи Гальвани. Успех опыта с лягушкой. Роль Алессандро Вольта в открытиях ученого. Опыты с "животным электричеством" как основа появления электрофизиологии, исследующей электрические явления в живом организме.

презентация , добавлен 18.12.2015


Электризация тел. Строение атома. Легенда об открытии электризации. Опыты Абрама Иоффе и американского ученого Роберта Милликена. Электрометр Рихмана. Законы электрического тока. Опыты Гальвани. Электрическая батарея и гальванический элемент Вольта.

реферат , добавлен 23.11.2010


Этапы развития науки об электричестве. Теории электрических явлений. Физика и живые организмы, их связь. Электричество в различных классах живых организмах. Исследование протекания электричества в земноводных, опыты Гальвани, Александра Вольта.

реферат , добавлен 20.12.2010


Сведения об электричестве и магнетизме. Первые успехи в исследовании магнитных явлений в средние века. Развитие учения об электричестве в XVII и XVIII вв. до изобретения лейденской банки. Изобретение лейденской банки и первые электрические приборы.

доклад , добавлен 25.05.2009


Электричество - совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов. Открытие электричества: работы и теории естествоиспытателей Франклина, Гальвани, Вольта, Ампера, Кулона, Эрстеда, Фарадея, Гилберта.

презентация , добавлен 29.01.2014


Период школьного обучения Майкла Фарадея, его первые самостоятельные исследования (опыты по выплавке сталей, содержащих никель). Создание английским физиком первой модели электродвигателя, открытие электромагнитной индукции и законов электролиза.

презентация , добавлен 22.10.2013


Открытие электрических явлений. Простые опыты по электризации различных тел. Появление статического электричества на железнодорожном транспорте. Основные способы борьбы со статическим электричеством. Применение токопроводящих пластиков для полов.

презентация , добавлен 22.10.2016


Происхождение и юность Джеймса Прескотта Джоуля. Исследование законов электромагнетизма. Работа с Уильямом Томсоном, научная деятельность Джоуля. Опыты ученого, его открытия в области физики. Установка для измерения механического эквивалента тепла.

презентация , добавлен 26.05.2012


Строение атома. Атом как целое. Структура атома: опыты Резерфорда, планетарная модель атома Резерфорда, квантовые постулаты Бора. Лазеры: история создания, устройство, свойства, применение лазера в ювелирной отрасли, в медицине.

реферат , добавлен 13.04.2003


Предпосылки и история развития процесса открытия электрона. Опыты Томсона и Резерфорда и методы открытия электрона. Метод Милликена: описание установки, вычисление элементарного заряда. Метод визуализации Комптона. Научное значение открытия электрона.

---