Леонардо да Винчи. Как художник, ученый и философ

В университетах того времени механику изучали по Аристотелю. Аристотель, как известно, был далек от ясных представлений Архимеда, вполне обосновавшего теорию рычага. Аристотель смутно сознавал закон, высказанный гораздо позднее Галилеем и вполне научно обоснованный д’Аламбером, по которому то, что выигрывается в скорости, теряется в силе, и наоборот; но в сочинениях Аристотеля закон этот только чуть-чуть угадывается, а именно сказано, что длинное плечо рычага «преодолевает большую тяжесть», потому что «более длинный радиус движется сильнее (следовало сказать, наоборот, движется медленнее), чем более короткий».

Последователи Аристотеля перепутали даже то, что он сказал, и более всего им понравилась его «энтелехия» – нечто вроде современного понятия о потенциальной или скрытой энергии, но только весьма смутное, неопределенное и почти непонятное. Один из комментаторов Аристотеля, не будучи в состоянии перевести этот мудреный термин на латинский язык, в отчаянии обратился, наконец, к помощи дьявола. «Враг рода человеческого, – повествует он, – явился на мой зов, но сказал такую бессмыслицу, которая была еще темнее и непонятнее оригинала. Тогда я удовольствовался своим собственным переводом: perfectihabilia – совершенственность». В сущности, Аристотель подразумевал под энтелехией способность развивать движение, но, не обставив это понятие ни математическими, ни опытными данными, сделал его бесплодным.

Леонардо да Винчи стоял совершенно в стороне от школьных физических и механических теорий. Он внимательно изучил Архимеда, которого часто цитирует, и старался пойти далее. Нередко ему это удавалось. С замечательной ясностью излагает ученый-художник в общих, крупных чертах, теорию рычага, поясняя ее рисунками; не остановившись на этом, он дает чертежи, относящиеся к движению тел по наклонной плоскости, хотя, к сожалению, не поясняет их текстом. Из чертежей, однако, ясно, что Леонардо на 80 лет опередил голландца Стевина и что он уже знал, в каком отношении находятся веса двух грузов, расположенных на двух смежных гранях треугольной призмы и соединенных между собою посредством нити, перекинутой через блок. Леонардо исследовал также задолго до Галилея продолжительность времени, необходимого для падения тела, спускающегося по наклонной плоскости и по различным кривым поверхностям или разрезам этих поверхностей, то есть линиям. Любопытно, что он предварил даже ошибку Галилея, который вместе с ним заблуждался, думая, что скорее всего тела падают, двигаясь по вогнутой стороне дуги круга, тогда как в действительности линия самого быстрого падения есть кривая более вытянутая, чем круг, и называемая циклоидой; эту кривую открыл уже в XVII веке Паскаль, но еще в XVIII столетии Вентури пытался доказать справедливость мнения Леонардо да Винчи и Галилея.

Еще более любопытны общие начала, или аксиомы, механики, которые пытается установить Леонардо. Многое здесь неясно и прямо неверно, но встречаются мысли, положительно изумляющие у писателя конца XV века.

«Ни одно чувственно воспринимаемое тело, – говорит Леонардо, – не может двигаться само собою. Его приводит в движение некоторая внешняя причина, сила.

Сила есть невидимая и бестелесная причина в том смысле, что не может изменяться ни по форме, ни по напряжению. Если тело движимо силой в данное время и проходит данное пространство, то та же сила может подвинуть его во вдвое меньшее время на вдвое меньшее пространство. Всякое тело оказывает сопротивление в направлении своего движения. (Здесь почти угадан Ньютонов закон действия, равного противодействию). Свободно падающее тело в каждый момент своего движения получает известное приращение скорости.

Удар тел есть сила, действующая в течение весьма недолгого времени».

Определение, годное даже до настоящего времени!

Леонардо решительно отрицает возможность perpetuum mobile, вечно движущегося без посторонней силы механизма. Он основывается на теоретических и опытных данных. По его теории, всякое отраженное движение слабее того, которое его произвело. Опыт показал ему, что шар, брошенный о землю, никогда (вследствие сопротивления воздуха и несовершенной упругости) не поднимается на ту высоту, с которой он брошен. Этот простой опыт убедил Леонардо в невозможности создать силу из ничего и расходовать работу без всякой потери на трение и т. п.

Как живо интересовали Леонардо механические вопросы, видно из порою курьезных примечаний и восклицаний, которыми пестрят поля его рукописей. Иногда он, подобно Архимеду, готов воскликнуть «эврика!»; иногда, наоборот, недоволен своим объяснением и пишет: «falso! non è desso! errato!», а порою даже встречаются восклицания вроде «чертовщина!» О невозможности вечного движения он пишет: «Первоначальный импульс должен рано или поздно израсходоваться, а потому в конце концов движение механизма прекратится». Неудивительно после этого, что Леонардо опередил Кулона в опытах над трением – одной из главных причин «ослабления» и прекращения движения. Опыты Леонардо убедили его, что трение зависит от веса тела, движущегося по неровной поверхности. «На гладкой плоскости, – говорит Леонардо, – трение равно четверти веса движущегося по ней тела». Это первая попытка определить так называемый коэффициент трения. Сверх того, Леонардо, как практический механик и инженер производил опыты над сопротивлением балок и других материалов разрыву, сжатию и сгибанию. Весьма любопытны его механические объяснения движения живых организмов, например ходьбы человека и бега лошади. Эти объяснения мало чем отличаются от современных. Леонардо говорит, что во время движения и человек, и животное теряют положение равновесия, перемещая свой центр тяжести. «При восстановлении равновесия животное находится в состоянии покоя». Исходя из этих начал, Леонардо нарисовал чертежи «практического фехтования», которые подарил учителю этого искусства, Борри.

Не менее замечательны работы Леонардо да Винчи в области гидростатики и гидродинамики. Почти все механизмы, придуманные им, были забыты недальновидными современниками и ближайшим потомством; но его гидравлические сооружения как в Италии, так и во Франции не могли не обратить всеобщего внимания, и сочинения Леонардо по гидравлике весьма часто упоминались последующими авторами. Правда, ученый-художник не сумел выработать тех основных начал гидростатики, которые впоследствии были найдены Паскалем; но он весьма близко подошел к ним, не уступая в ясности своих воззрений Галилею.

Он, например, знал уже, что в двух сообщающихся сосудах жидкость стоит на одинаковом уровне, если плотность ее одинакова. При этом Леонардо дает рисунок, из которого видно, что он знал или угадывал закон, гласящий, что давление жидкости на дно не зависит от формы сосуда.

Он знал также, что менее плотная, например, нагретая, жидкость должна подняться выше, чем сообщающаяся с ней более плотная жидкость, и на этом основал свою теорию морских течений: по мнению Леонардо, у экватора вода стоит выше, чем в умеренных широтах, и вследствие нарушения равновесия происходят течения. Леонардо пытался измерить скорость истечения воды из сифона. Его занимала также теория водоворота. Имея довольно ясное понятие о центробежной силе, он заметил, что «вода, движущаяся в водовороте, движется так, что те из частиц, которые ближе к центру, имеют большую вращательную скорость. Это – поразительное явление, потому что, например, частицы колеса, вращающегося вокруг оси, имеют тем меньшую (линейную) скорость, чем они ближе к центру: в водовороте мы видим как раз обратное. Впрочем, если бы вода вращалась подобно колесу, то не могло бы существовать внутри водоворота пустого пространства, а на самом деле водоворот представляет как бы насос».

Еще более отчетливы и замечательны воззрения Леонардо на волнообразное движение. Чтобы пояснить характер этого движения, он употребляет сравнение, впоследствии перешедшее в сотни учебников и встречающееся даже в лекциях Тиндаля. «Волна, – говорит он, – есть следствие удара, отраженного водою. Движение волны весьма подобно тому движению, которое производит ветер, когда он колеблет колосья: в этом случае мы также видим движение волн, хотя стебли вовсе не движутся вперед на такое расстояние и с такою скоростью». «Часто, – говорит Леонардо, – волны движутся быстрее ветра. Это происходит оттого, что импульс был получен, когда ветер был сильнее, чем в данное время. Скорость волны не может измениться мгновенно». Чтобы пояснить движение частиц воды, Леонардо начинает с классического опыта новейших физиков, то есть бросает камень, производя круги на поверхности воды. Он дает чертеж таких концентрических кругов, затем бросает два камня, получает две системы кругов и задается вопросом, что произойдет, когда обе системы встретятся? «Отразятся ли волны под равными углами? – спрашивает Леонардо и прибавляет. – Это великолепнейший (bellissimo) вопрос». Затем он говорит: «Таким же образом можно объяснить движение звуковых волн. Волны воздуха удаляются кругообразно от места своего происхождения, один круг встречает другой и проходит далее, но центр постоянно остается на прежнем месте».