Ренессанс и формирование научной традиции: научные открытия и изобретения Леонардо да Винчи

Эпоха Ренессанса (в пер. с франц. — Возрождения) стала настоящим глотком свежего воздуха для технологической мысли, стагнирующей на протяжении Средних веков. Новое время породило множество талантливых умов, пытавшихся расширить границы возможного.

Устремив свой взгляд в глубину веков, к эпохе Античности, и желая возродить (отсюда и термин — Возрождение) ее культурные ценности и идеалы, философы и изобретатели эпохи Ренессанса, сами того не ведая, создали новую социокультурную формацию, запомнившуюся как переходный период между Средневековьем и Новым временем. Наша статья — о людях, теориях и изобретениях, которые помогли этому сбыться.

Инженерный гений Леонардо

Ренессанс в Италии зародился значительно раньше, чем во всей остальной Европе. Уже на рубеже XIII-XIV веков на Аппенинском полуострове возникает эпоха, ключевой фигурой которой станет Леонардо да Винчи (1452-1519) — эрудит, художник, архитектор и изобретатель из Флоренции, который предопределил развитие многих машин и механизмов на столетия вперед.

Художественный гений да Винчи позволил ему создать массу детализированных чертежей, иллюстрирующих не только внешний вид придуманных ним устройств, но и детально описывающих принцип их работы. В частности, Леонардо усовершенствовал технологию парашюта, придумал первый батискаф, бронеавтомобиль (почти за 500 лет до того, как появились первые автомобили), механизированный ковш для рытья земли. Да Винчи был создателем одного из первых механических будильников, который будил человека, выливая ему на ноги ледяную воду, а также ручного штопора для откупоривания бутылок.Многие чертежи этих устройств представлены в труде всей жизни Леонардо — 12-томном Codex Atlanticus, составленным Помпео Леони уже после смерти мастера.

Леонардо да Винчи был заядлым театралом, и в своем желании разнообразить действо, которое он видел на сцене, придумал концепт первых летающих машин. Механика движения придуманных Леонардо машин была позаимствована у представителей летающей фауны: птиц и летучих мышей.

В заметках художника обнаружено и другое устройство, впервые реализованное лишь спустя 400 лет после смерти изобретателя — прототип вертолета. Летательный аппарат обладал лопастью с аэродинамическим оперением. Винтовое вращение лопасти, в теории, позволяло аппарату преодолевать сопротивление воздуха и парить над Землей. Несмотря на хорошие аэродинамические свойства, вертолет да Винчи не был жизнеспособным ввиду отсутствия двигателя. Тем не менее, в 2022 году аспирант из Университета Мэриленда Остин Прете сконструировал аналог лопастей Леонардо, прикрепив их к дрону и наглядно продемонстрировав работоспособность устройства.

Да Винчи занимался не только прикладным машиностроением, но и наукой. В своих трудах он уделял огромное внимание движению и его описанию. Рассуждая о движении тел, Леонардо писал: «Всякое движение имеет тенденцию к продолжению, а точнее, тело продолжает двигаться до тех пор, пока оно сохраняет в себе силы, приведшие его в движение». Фактически, его рассуждения о движении и инертности, впоследствии развитые экспериментами Галилея с наклонной плоскостью, предшествовали появлению законов классической механики, сформулированных Ньютоном двумя веками позже.

Начиная с 1490 года, Леонардо да Винчи озаботился вопросом создания вечного двигателя, и наглядно описал силы (в частности, потери энергии, вызванные трением), которые всегда будут препятствовать появлению подобного устройства.

Как художник он чрезвычайно интересовался наукой о человеческом теле — анатомией, которая активно популяризировалась в эпоху Ренессанса. Практические занятия по анатомии позволили Леонардо узнать о человеческом теле и его пропорциях куда больше, чем любому другому художнику своего времени.

Подавляющее большинство инженерных машин Леонардо так никогда и не будут построены при его жизни вследствие отсутствия технологий и материалов, необходимых для их создания. Несмотря на это, в 2006 году группа ученых, в которую входили Марио Таддеи, Эдуардо Занон и Доменико Лауренса, используя технологии 3D-моделирования, оживят множество чертежей мастера и смогут увидеть, как именно они работали. Результаты их трудов представлены в книге «Машины Леонардо«, впервые опубликованной в 2006 году.

После смерти Леонардо да Винчи все его художественное и научное наследие досталось его близкому другу и ученику — Франческо Меци. Однако с кончиной последнего в 1570 году большинство рукописей мастера оказались разрозненными и фактически затерялись в веках, оседая в частных коллекциях. Новая волна интереса к наследию Леонардо появилась только в ХІХ веке, когда ряд исследователей и коллекционеров принялись собирать воедино все чертежи, научные заметки и картины гениального флорентийца.

Познать человека: Парацельс и Везалий

В общекультурном смысле Ренессанс запомнился своими идеями гуманизма и антропоцентризма. И если в искусстве это проявилось новыми течениями в живописи и скульптуре, в центр которых помещалась фигура человека, то в научном смысле — развитием анатомии и новаторскими решениями в области медицины.

Среди других натурфилософов того времени выделялась фигура Филиппа фон Гогенгейма, более известного как Парацельс (1493-1541). Уроженец Швейцарии, Филипп фон Гогенгейм получил блестящее медицинское образование от своих родителей и уже в возрасте 16 лет хорошо ориентировался в основах алхимии, а также владел базовыми знаниями о хирургии и терапевтическом лечении.

В Средние века церковь порицала проведение анатомических вскрытий и любую другую деятельность, направленную на изучение человеческого тела. Однако с упадком церковной морали, вызванным Протестантской Реформацией Мартина Лютера, этот запрет некоторые смельчаки начали обходить. Среди них был и Парацельс, который получил свое образование в Италии, на факультете Феррарского университета, а после начал преподавать в Базельском университете.

Желая сделать свои лекции более доступными для студентов, Парацельс перевел большинство латинских трудов по медицине и начал преподавать их на немецком языке, что стало настоящим вызовом всей научной традиции Старого света. Новаторский подход Парацельса в обучении серьезно раскритиковали его современники, поэтому он оставил преподавательскую практику, полностью посвятив себя практическому врачеванию. Одним из первых он начал применять в лечении химические вещества и фактически дал начало фармакологии, какой мы ее знаем сегодня. 

Парацельс и его последователи подвергли жесткой критике гуморальную медицину — античное представление о том, что в теле человека присутствуют четыре основные жидкости (гуморы): кровь, флегма (слизь), желтая желчь и черная желчь. Считалось, что в организме здорового человека все четыре жидкости находятся в природном балансе, а любое отклонение от их пропорций вызывает появление болезни.

Парацельс хорошо понимал, что от таких болезней, как сифилис, нельзя избавиться с помощью лечения одними только травами и отварами. В своем врачевании он впервые использовал некоторые металлы, которые больным надлежало применять внутрь для достижения рвотного и очистительного воздействия. Иногда химический состав этих металлов изменялся искусственно, чтобы уменьшить их токсичность. Большое внимание уделялось и правильной дозировке новых препаратов: то, что положительно действовало на организм в малых дозах, способно было убить в больших. Противники новаторского подхода Парацельса в использовании лекарств, «нетрадиционных» для своего времени, часто обвиняли своих коллег по врачебному делу в убийстве пациентов, которых те лечили.

Одним из последователей новатора Парацельса был брюссельский врач Андреас Везалий (1514-1564), труды по анатомии которого дали наиболее широкое представление о человеческом теле за всю историю медицинских наблюдений до него. Самым важным трудом Везалия стал трактат о человеческом организме, изложенный в семи книгах, получивший название: «О строении человеческого тела». На момент написания труда ученому исполнилось только 28 лет.

Анатомические вскрытия, которые со своими студентами проводил Везалий, позволили ему опровергнуть несколько неверных теорий, принятых канонической церковью, в частности ложное представление о системе движения крови в организме, которое господствовало в христианской Европе на протяжении многих веков. Позднее его докажет другой английский медик, Уильям Гарвей (1578-1657), который в результате проведенных вскрытий пришел к выводу, что сердце — это мощный насос, главной функцией которого является циркуляция крови.

Понимание природы магнетизма

В монархической Англии при дворе Елизаветы I служил талантливый медик — Уильям Гильберт, который, помимо врачебного таланта, обладал большой тягой к естествознанию, в частности к не описанной ранее силе магнитного притяжения. В 1600 году, всего за три года до своей смерти, Уильям Гильберт издает свой труд: «О магните, магнитных телах и большом магните — Земле» (или сокращенно De Magnete). Это была одна из первых работ по практической экспериментальной физике, какой мы ее знаем сегодня. 

Гильберт сумел опытным путем доказать, что любой магнит имеет два полюса, а также обнаружил, что одноименные полюсы всегда отталкиваются, а разноименные — притягиваются. Уильям Гильберт исследовал и влияние магнитов на положение стрелки компаса. Проведенный эксперимент с намагниченным шаром (названным тереллой, или «маленькой Землей») и его влиянием на магнитную стрелку компаса (версориума) позволили ученому прийти к одному из самых важных выводов за все время его научной карьеры — Земля тоже является гигантским дипольным магнитом.

Эксперименты Гильберта с маленькими магнитами, закрепленными на помещенных на воду деревянных дощечках, показали, что магнитное поле имеет вихревую природу. Это открытие легло в основу новой космологической теории Уильяма Гильберта, согласно которой именно магнитное поле Земли вызывало ее вращение вокруг своей оси.

Гильберт к тому же заметил, что железные предметы под влиянием магнита тоже приобретают магнитные свойства (магнитная индукция). Английский физик совершенно верно отделил магнитное поле от электричества, доказав, что хотя они и взаимосвязаны, все же являются разными по своей природе физическими силами.

Наряду с рядом важных открытий, работы Гильберта содержали и большое количество неточностей. Так, ученый полагал, что за вращение Земли вокруг своей оси ответственна «анима» — аналог планетарной души, которой, помимо самой Земли, он наделял все космические объекты. А еще физик неверно сопоставлял расположение магнитного полюса нашей планеты с ее истинным, географическим полюсом. Ошибочность этой теории не позволила Гильберту увидеть зависимость магнитного склонения от времени. Неточность теории была доказана в 1634 году одним из последователей английского физика, который, вдохновившись его трудами, сам того не осознавая, подверг сомнению их истинность.

Работы Уильяма Гильберта о природе магнетизма являются одними из самых ранних примеров научных работ по теоретической и экспериментальной физике. Они оказали сильное влияние на его последователей, в частности Иоганна Кеплера и Ньютона, который, впервые описывая явления гравитации, проводил множество аналогий между своей силой тяготения и магнетизмом Гильберта.