Как лягушка совершила переворот в науке

Я. ПАН

Это было в конце ХVIII столетия. Однажды в итальянском городе Болонья, в скромной университетской лаборатории произошло ничтожное на первый взгляд, но весьма удивительное событие. Мертвая лягушка была главным героем этого события. И даже не лягушка, а лягушечьи лапки.

Дело было так.

Профессор анатомии и медицины Луиджи Гальвани работал в лаборатории со своими помощниками. Он давно уже изучал действие нервной системы животных и сейчас ему для каких-то исследований понадобилось разрезать на части лягушку и оголить ее нервы.

Повсюду на столе лежали ее мертвые части. Тут же стояли всякие приборы и в том числе электрическая машина.

Тогда не было еще таких электрических машин, какими мы пользуемся сейчас. Не было ни мощных динамо, ни быстроходных моторов, ни аккумуляторов. Тогда умели получать электричество только путем трения одного тела о другое. В электрической машине был стеклянный круг, который терся о кожаные подушки, покрытые металлом. С подушками был соединен медный шар — «кондуктор». И приходилось подолгу вертеть круг с помощью рукоятки, покуда на кондукторе не накапливался электрический заряд. Стоило затем поднести к шару кусок металла, как проскакивала искра, и машина разряжалась. После всех трудов электричества получалось так мало, что оно расходовалось в одно мгновение.

Подобная незатейливая машина стояла у Гальвани на столе, где он искромсал лягушку.

Невзначай один из сотрудников Гальвани коснулся скальпелем лягушечьих лапок. В ту же секунду другой сотрудник извлек из электрической машины, стоявшей поодаль, искру. И то и другое было сделано без всякой цели и надобности. Но случайные движения ассистентов Гальвани совпали во времени.

То, что произошло после этого, походило на чудо. Лапки лягушки ожили, задергались и плясали, охваченные судорогой.

— Сеньор профессор! — закричал ассистент, роняя скальпель. — Смотрите, сеньор профессор! Лапки дергаются!

Гальвани, занятый делом, недовольно оглянулся. Но зрелище, которое он увидел, было настолько удивительно, что он сразу забыл про все другое. Ему сейчас же захотелось самому повторить необыкновенный эксперимент. Ассистент повертел рукоятку машины и поднес к кондуктору металлическую палку. Раздался сухой треск и проскочила искра. В то же мгновение Гальвани прикоснулся кончиком скальпеля к оголенным нервам лягушечьих лапок. Чудо повторилось. Отрезанные лапки сжимались и разжимались пуще прежнего.

С волнением и любопытством следил Гальвани за судорогами лягушки. Все это было так невероятно, так странно! Не могло быть сомнений: какая-то глубокая тайна природы раскрывалась неожиданно перед ним. И он решил во что бы то ни стало докопаться до ее истинного смысла.

Весь этот день и много последующих дней Гальвани просидел в лаборатории. Один опыт следовал за другим.

Вот как выглядел рабочий стол в лаборатории Гальвани во время его первых опытов с лягушкой. На переднем плане рисунка изображены отдельно препарированные лапки лягушки.

Очень скоро он обнаружил, что не всякое прикосновение ножа вызывает судороги. Если скальпель держали рукой за лезвие, то лапки начинали дергаться, едва только из кондуктора выскакивали искры. Если же Гальвани брал скальпель за его костяную рукоятку, то судороги не появлялись, сколько бы ни тыкали ножом в оголенные нервы лягушки. Но стоило Гальвани коснуться рукой хотя бы металлических штифтиков, которыми рукоятка была прикреплена к ножу, и опять опыт удавался.

Пробовал Гальвани прикасаться к нервам лягушки стеклянной палочкой во время электрического разряда, но лапки при этом оставались совершенно неподвижными.

— Все это вполне понятно, — решил он. — Судороги наступают только тогда, когда к лапкам прикасаются металлом, т. е. веществом, которое проводит электричество. Кость и стекло — изоляторы. Они сквозь себя электричества не пропускают. В этом вся суть.

Все это было верно, но самый факт появления судорог у мертвой лягушки оставался пока для Гальвани непонятным. Конечно, ему давно было известно, что электричество «дергает», т. е. заставляет сжиматься, мышцы человека и животных. Но тут лягушка лежала далеко от электрической машины, она совсем к ней не прикасалась, а все-таки дергалась во время разряда.

Физики, правда, уже в то время знали, что когда в электрической машине проскакивает сильная искра, то в металлических предметах, которые находятся поблизости, тоже появляется на мгновение электричество. И если бы Гальвани был опытным физиком, то он сразу сопоставил бы одно явление с другим, и случай с лягушкой показался бы ему любопытным, но не таким уже чудным.

Но Гальвани был медиком, а не физиком. Слабое знакомство с электричеством в этом случае ему только помогло. Будь на месте Гальвани физик, который всю жизнь провозился с электричеством, то он может быть и не придал бы большого значения судорогам лягушечьих лапок. А Гальвани был настолько потрясен этим странным явлением, что стал изучать его со всех сторон.

ЖИВОТНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

А как действует на лягушачьи лапки электричество, которое содержится в воздухе? — спросил себя однажды Гальвани. — Что будет, если я вынесу их на балкон во время грозы, когда в небе проскакивают гигантские электрические искры — молнии?

Задумано — сделано. В один из летних дней 1786 года, когда небо заволокло грозовыми тучами, Гальвани вынес несколько свежеприготовленных лягушечьих лапок на балкон. От крыши он протянул железную проволоку —  нечто вроде нашей теперешней антенны. Конец проволоки он воткнул в нерв лягушки.

Все было, как в лаборатории. Не надо было только вертеть рукоятки жалкой лабораторной машины. Великая машина природы испускала такие великолепные разряды, что земля содрогалась от грохота.

Гальвани проделал опыты с лягушкой во время грозы. Он вынес несколько лягушечьих лапок на балкон, протянул от крыши железную проволоку и конец ее воткнул в нерв лягушки. При грозовых разрядах лапки начинали дергаться с неистовой силой.

Лил дождь, водяные брызги залетали на балкон, а Гальвани, ежась от сырости, наблюдал за лапками. Он мог быть доволен. Каждый раз, когда над его головой с треском раскалывалось небо, озаренное фиолетовым сиянием молнии, лапки начинали дергаться с неистовой силой.

Тогда ему захотелось выяснить, не действует ли атмосферное электричество на лягушку и в ясную погоду. Правда, в тихую погоду оно проявляет себя не так бурно, как во время грозы, но все же, если лягушечьи нервы настолько чувствительны, то можно было ожидать, что на открытом воздухе судороги появятся и в солнечный день при малейшем атмосферном разряде.

Скоро Гальвани пришлось убедиться в том, что так, как будто, действительно и получается.

За виллой его друга Замбеккари, у которого он тогда отдыхал, был сад, огороженный металлической решеткой. На эту решетку Гальвани повесил на крючках несколько мертвых лягушек таким образом, что крючки проходили через их спинной мозг.

И раза два ему удалось заметить судороги то у одной, то у другой лягушки, когда небо было совершенно безоблачным. Но всего только два раза, и больше этого уже не повторялось. Он караулил у решетки в разное время дня и при самой различной погоде. Но ничего интересного он не мог больше обнаружить. Мертвые лягушки висели на крючках совершенно неподвижно.

Гальвани терпеливо наблюдал. Он приходил к решетке раз двадцать на день и иногда просиживал около нее часами. Напрасно. Лягушки не дергались.

Наконец, ему это надоело. Он решил что-нибудь предпринять. Может быть между металлом решетки и крючками был плохой контакт? Он принялся круче выгибать крючки и плотнее прижимать их к ограде.

И в самом деле, это помогло. Лягушки опять начали подергиваться.

Но атмосферное электричество тут было явно не при чем.

И в душный полдень перед самой грозой, когда воздух был насыщен электричеством, и в прохладное тихое утро судороги появлялись только при одном условии: когда ноги лягушки, подвешенной на крючке, случайно касались решетки. Тогда получался круг, замкнутая цепь: металл решетки — крючок — спинной мозг лягушки — ее тело —  снова металл решетки. И в этой цепи, видимо, возникала какая-то сила, которая и заставляла сокращаться мускулы лягушки.

Несколько лет назад Гальвани установил, что электрический разряд вызывает судороги у лягушки. А теперь оказывалось, что точь-в-точь то же самое происходит и без всякого внешнего электрического разряда. Достаточно было прикоснуться к телу лягушки двумя кусками металла и соединить их друг с другом, как лягушку схватывали настоящие «электрические» судороги.

Дело принимало совершенно новый оборот. Второе открытие было куда удивительнее первого. Не означало ли оно, что в самой лягушке скрыто электричество особого рода — «животное электричество»?

Гальвани верил этому объяснению и в то же время боялся ему верить. Он чувствовал, что сделал замечательное открытие, но опасался, как бы он сам не переоценил того, что увидел на решетке.

Выход был один — продолжать опыты, разнообразить их. Снова Гальвани просиживал целые дни в лаборатории. В закрытой комнате, где не было ни атмосферных разрядов и никаких электрических машин, мертвые лягушки дергались, как только замыкалась цепь из металлов и тела животного.

Лягушку клали на обыкновенный железный лист и протыкали ей спинной мозг простым металлическим крючком. Крючок изгибали, и как только кончик его дотрагивался до листа, у лягушки начинались судороги. Было совершенно ясно: электричество появлялось не извне, а изнутри.

Если же лягушку клали на стекло или на мраморную доску, то как плотно не прижимали бы крючок, никаких судорог не было, потому что изолятор не мог, подобно металлу, замкнуть цепь.

Гальвани брал в одну руку крючок, воткнутый в мозг лягушки, и держал его так, что ноги лягушки касались серебряного блюда на столе. Другой рукой Гальвани сам дотрагивался до блюда. Тотчас же ноги лягушки начинали дергаться. Здесь цепь замыкалась через тело самого сеньора профессора!

Еще много всяких других опытов проделал Гальвани, пока он, наконец, не решил, что пора оповестить о них ученый мир. В 1791 году он описал свои открытия в журнале Болонской Академии. Он доказывал удивленным читателям, что в каждой лягушке скрыто таинственное «животное электричество»: нужно только соединить ее нервы и мускулы металлическим проводником и это скрытое электричество проявляет себя самым явным и наглядным образом.

Статья Гальвани вызвала много шума. Тотчас же нашлось множество подражателей. Каждый хотел увидеть своими глазами, как пляшут мертвые ноги лягушки. Каждый хотел воочию убедиться в существовании удивительной «жизненной силы».

Тысячи бедных лягушек поплатились при этом жизнью. Во всех университетских городах на них шла форменная охота. Они стали настоящими мучениками науки об электричестве.

Но в конце концов их оставили в покое. Спустя некоторое время, выяснилось, что в великом открытии, которое сделал Гальвани, лягушка была замешана совершенно случайно. Суть дела, как оказалось, была вовсе не в лягушке.

ВОЛЬТА ПОПРАВЛЯЕТ ГАЛЬВАНИ

Одним из первых ученых, которые пустились по горячим следам Гальвани изучать открытые им явления, был его соотечественник Александро Вольта, профессор физики в городе Павия. К тому времени, когда Гальвани опубликовал свои открытия, Вольта был уже в летах и считался выдающимся ученым. Как зрелый, опытный физик он быстро разобрался в физической сущности новых открытий и в короткое время сумел разглядеть, насколько неправильна теория Гальвани о «животном электричестве».

Первым делом он доказал, что к лягушке нужно прикоснуться обязательно двумя различными металлами, если хотят вызвать у нее судороги. Это могла быть любая пара металлов цинк и медь, серебро и олово, серебро и железо, но обязательно пара различных металлов. Иначе судороги не появлялись, хотя бы цепь была замкнута наилучшим образом.

— Это неправда! — возражали ему Гальвани и его ученики. — Мы получали животное электричество при помощи одного только железа.

— Да, не спорю, — отвечал Вольта, — но у вас железо было неоднородное. Один кусок содержал одни примеси, другой — совершенно другие. Ведь железо железу рознь. Два куска неоднородного металла или даже один кусок, но неравномерно обработанный по всей своей длине, это все равно, что два различных металла. Попробуйте, возьмите совершенно чистый, совершенно однородный металл. Сколько бы вы им не прикасались к нервам и мышцам лягушки, никакие судороги не появятся.

Вольта не говорил зря. Он опирался на свои многочисленные опыты, на факты. А против фактов трудно было спорить.

Второй вывод, к которому пришел Вольта на основе своих наблюдений, был еще интереснее.

— Можно обойтись без всяких лягушек и все же получить гальваническую цепь, — утверждал Вольта. — Любое вещество, пропитанное водой, или даже сама вода великолепно заменяет тело лягушки.

И в самом деле, стоило намочить водой кусок грубого картона или первый попавшийся обрывок сукна, и они давали при соприкосновении с металлами то же таинственное «животное» электричество, которое до сих пор получалось только с помощью лягушек. Сама-то лягушка, оказывалось, только потому давала электричество при соприкосновении с металлами, что в ее теле находилась влага, жидкие соки.

Вольта, однако, не сразу отказался от лягушек в своих опытах. Он пользовался их оголенными нервами просто как чувствительными приборами, чтобы обнаружить, есть электричество в цепи или нет.

Впрочем, для этого он применял и другие способы. Он пробовал электричество на язык и на глаз. Если гальваническая цепь была замкнута, то, дотронувшись языком до металла цепи, можно различить особый кисловатый вкус. При прикосновении металла к глазному яблоку чувствовался как бы яркий свет.

Все это были способы весьма забавные, но, однако, не очень-то надежные и точные. Правда, по силе судорог у лягушки, по резкости вкуса на языке и яркости света в глазу Вольта умудрялся даже определить, какие металлы дают электричества большей силы и какие меньшей силы. Но все же его втайне огорчало то, что он не мог более наглядным образом доказать существование электричества в гальванической цепи.

Сам он ни одной минуты не сомневался в том, что имеет дело с самым доподлинным электричеством. Но многие другие учёные, читая описание опытов Вольта, с недоверием качали головами.

— Может быть, этот итальянец принимает какую-то другую силу за электричество, — говорили они. И ощущение света в глазу, и кислый вкус во рту от металла, и судороги лягушки — все это, собственно, может происходить по иной причине, о которой нам пока ничего неизвестно. Почему надо обязательно считать эту «гальваническую» силу электричеством? Мы знаем, что настоящее электричество проявляет себя по-иному...

В самом деле, то, что эти ученые считали «настоящим» электричеством, проявляло себя гораздо нагляднее и эффектнее. Заряды, которые получались в электрических машинах трения, способны были дать яркую искру. Когда человек прикасался к заряженному кондуктору машины, его тело потрясал жестокий электрический удар. И, наконец, заряд электрической машины можно было измерить особым прибором — электроскопом: два тоненьких металлических листочка, подвешенные один подле другого внутри прибора, немедленно расходились в стороны, как только электроскоп подносили близко к заряженному предмету. И чем сильнее был заряд, тем дальше отскакивали листочки друг от друга.

Когда с треском отрывалась от холодного кондуктора огненная искра, когда по руке с силой ударял невидимый заряд, когда листочки электроскопа, как бы подхваченные ветром, взлетали кверху, тогда даже самый заядлый скептик должен был признать:

— Да, тут электричество налицо. Ничего не скажешь...

Ни Гальвани со своими лягушками, ни Вольта со своими цепями из двух металлов и жидкого проводника не могли продемонстрировать ничего подобного.

И, однако, Вольта твердо был убежден в том, что по гальванической цепи течет именно электричество, а не что-нибудь другое. Восемь лет он упорно изучал явления гальванизма. Гений великого ученого помогал ему разбираться в том, что показалось бы другим сплошной цепью загадок. Тонкий нюх блестящего экспериментатора вел его к истине даже там, где дороги к ней были запутаны, как в лабиринте. Шаг за шагом раскрывал он одну тайну природы за другой.

Наконец, ему удалось добиться полной победы.

ДИВНЫЙ СТОЛБ

20 марта 1800 года Вольта отправил в Англию, в адрес президента Королевского научного общества, пространное письмо-статью. Оно было написано так, как обычно пишутся ученые статьи, предназначенные для научных журналов, — сухо, сдержанно, с дотошными подробностями. Но в каждой его строке сквозило торжество.

— Я построил аппарат, — писал Вольта президенту английского Королевского общества Бэнксу, — который повергнет Вас в изумление.

Это был простой аппарат — ничего не могло быть проще, но перед ним бледнели сразу все электрические машины того времени. Кружок металлического цинка накладывался на кружок из серебра или меди — хотя бы на обыкновенную монету. Оба металлических кружка затем накладывались на кружок из картона, из кожи или сукна, пропитанный соленой водой. Под этот кружок опять подкладывался цинковый кружок, под ним — снова серебро, а потом еще раз сырая кожа. Так повторялось 10, 20, 30 раз подряд — цинк, серебро, влажная кожа.

Получался столб — вольтов столб, как его скоро прозвали.

Вольта объясняет принцип действия своего электрического столба Наполеону.

И это бесхитростное нагромождение металлических и неметаллических кружков давало электричество — непрерывно и безотказна.

Ни один скептик не посмел бы на сей раз в этом усомниться. Листочки в электроскопе разлетались в стороны, а с помощью особого прибора — конденсатора — можно было получить от столба электрическую искру. Если же и это показалось бы кому-нибудь неубедительным, то ему стоило только прикоснуться одной рукой к самому нижнему кружочку, а другой — к одному из верхних. Отскочив от неожиданного удара, он тут же поверил бы в электрическое действие чудесного столба.

И самое замечательное было то, что аппарат не разряжался ни от прикосновении руки, ни от прикосновения других проводников электричества. Можно было десятки, сотни раз дотрагиваться до него влажными руками, и неизменно следовал удар. Когда верхний и нижний кружки столба были соединены металлом, то по этой цепи электричество текло непрерывным потоком в течение многих часов, ни на секунду не прекращая своего бега.

Теперь, почти полтораста лет спустя, нам, пожалуй, трудно понять те чувства, какие обуревали первых читателей письма Вольта, когда они узнали про удивительные свойства изобретенного им аппарата.

Мы слишком привыкли теперь к электрическому току, чтобы видеть в нем что-нибудь необыкновенное.

Но попытайтесь вообразить себя на месте физиков в те дни, когда появились первые сообщения об открытиях Вольта. Электричество было известно ученым и до Вольта, но какое? Электричество недвижное, электричество в покое. Чтобы получить такое электричество, надо было долго вертеть машину трения, пока на кондукторе не появлялся заряд. Раз возникнув, этот заряд неподвижно сидел на поверхности шара, пока к нему не подносили проводник. Тогда заряд одним рывком уходил в землю, и машина разряжалась. Чтобы получить новый заряд, надо было опять вертеть машину. И новый заряд опять исчезал в ничтожную долю секунды.

А тут вдруг оказывалось, что электричество может часами кружить и странствовать, без устали путешествовать по замкнутой цепи. В каком бы месте цепи не дотрагивались рукой, электричество всюду напоминало находу о своем существовании здоровенным ударом.

И чтобы вызвать электрический ток, не надо было никаких усилий ни тереть одно тело о другое, ни вертеть рукоятку, ничего. Просто надо было сложить в столб кружочки и заново мочить кожу, когда она высыхала. И все. Да и каждодневного смачивания, собственно говоря, можно было избегнуть.

Столб Вольта можно было построить и по-другому —  положив его как бы набок. Нужно было поставить подряд десяток, два или любое количество стеклянных банок, наполненных соленой водой или разбавленной кислотой. В каждую банку следовало опустить с одного края медную пластинку, с другого — цинковую и связать всю эту батарею банок так, чтобы медная пластинка одной банки была соединена с цинковой пластинкой другой.

Первый столб Вольта. Кружок из цинка накладывался на кружок из серебра или меди. Оба металлических кружка накладывались затем на кружок из картона, кожи или сукна, пропитанный соленой водой. Так повторялось раз 30 подряд. Так получался вольтов столб. Столб Вольта можно было построить и по-другому, — положив его как бы набок. Для этого надо было в несколько стеклянных банок налить разбавленной кислоты и в каждую банку опустить с одного края медную пластинку, а с другого — цинковую.

Такая батарея занимала гораздо больше места, чем столб из кружочков. Зато вода в ней не усыхала, да и действие ее было много сильнее.

ЧУДЕСА ГАЛЬВАНИЗМА

Вольта не ошибся, ожидая, что его аппарат удивит главу английских ученых. Бэнкс действительно был потрясен и не только он один.

Известие о чудодейственном столбе быстро распространилось по всей Европе. Подробности о нем передавались из уст в уста. Не только ученые, но и просто любопытные и любознательные граждане торопились изготовить этот удивительный аппарат, чтобы поскорее проверить его действие. Несколько десятков монет, картон и соленый раствор — у кого не нашлось бы этого?

С помощью электрического тока совершались необыкновенные дела. Вольтов столб приносил с каждым днем все новые и новые неожиданности.

Первое открытие было сделано в Англии, спустя каких-нибудь полтора месяца после того, как Вольта отправил свое письмо Бэнксу. Письмо не было даже еще опубликовано, но Бэнкс успел уже его показать кое-кому из знакомых физиков. Те тотчас же соорудили столб Вольта. И туг же обнаружили удивительную вещь: столб разлагал воду.

Как только замыкалась гальваническая цепь, то вода, через которую проходил ток, начинала быстро распадаться на свои составные части. С одного конца выделялся горючий газ — водород, с другого вздымался вверх маленькими пузырьками кислород.

Дальше — больше. Оказалось, что когда через обыкновенную воду проходит ток, то в ней неизвестно откуда появляются у одной пластины — кислота, а у другой —  едкая щелочь. Стало быть, ток не только расщеплял воду на водород и кислород, из которых она составлена. Он извлекал из нее и такие вещества, которых, казалось, в ней никогда и не было.

Некоторое время спустя, было сделано новое открытие: ток от вольтова столба изгонял металлы из растворов их солей. Если в воде растворяли, например, синие кристаллы медного купороса и через этот раствор пропускали ток, то одна из пластин начинала быстро покрываться ровным слоем чистейшей красной меди. Так же легко выделялись из жидких растворов серебро, золото и другие металлы.

Это открытие, сделанное почти полтора века назад, было со временем широко использовано для практических целей. Сейчас с помощью электрического тока покрывают различные предметы тонким, но прочным слоем никеля, золота, хрома, олова, цинка. Для этого предметы окунают в раствор соли и пропускают через них ток. Звезды на башнях Кремля, например, позолочены таким образом. На этом же явлении основано производство алюминия из руды и другие важные промышленные процессы.

Вольтов столб, созданный физиком, неожиданно оказался острым оружием в руках химиков. Без огня и пламени, бесшумно и аккуратно электрический ток вызывал самые удивительные химические превращения. Надо было только сложить столб или составить батарею, замкнуть цепь —  и пошло! Жидкая вода превращалась в газы. Неведомо откуда появлялись вдруг у пластин кислоты. Чистый металл на холоду лез из раствора и сам, так сказать, давался в руки. Многие химические соединения распадались или, наоборот, возникали вдруг там, где этого меньше всего можно было ожидать...

Сам Александро Вольта был потрясен, когда узнал, на что оказался способен его столб. Мог ли он думать, что электричество и химия сойдутся так близко.

А химики наперебой использовали теперь своего нового союзника. Редакции научных журналов не успевали печатать бесчисленных сообщений о все новых и новых электрических экспериментах. Как золотоискатели стекаются со всех сторон ко вновь открытым богатым россыпям, так тянулись ученые к вольтову столбу, ожидая от него нескончаемого потока чудес.