Гельмгольц (Часть 1)
Избранные места из книги:
Гельмгольц (1821 – 1894). — М.: Наука, 1966.
Лебединский А.В., Франкфурт У.И., Френк А.М.
Берлинский университет сохранял традиции, заложенные его основателем — знаменитым филологом, другом Гете и Шиллера — Вильгельмом Гумбольдтом. Среди его первых профессоров были известные ученые: философ Фихте (первый выборный ректор университета), теолог и философ Шлейермахер, юрист Савиньи, литераторы братья Гримм, математики Лежен-Дирихле и Якоби, химики Клапрот и Митчерлих и др. Здесь с самого начала студентов приучали к самостоятельным научным исследованиям.
В описываемое время значительное влияние на университетскую жизнь оказывал выдающийся естествоиспытатель Александр Гумбольдт, брат основателя университета. Он был географом и биологом, но глубоко понимал значение других наук и всячески содействовал их развитию. Удивительной была его способность быстро распознавать молодые таланты еще до того, как они себя проявляли в серьезных исследованиях. Всемирно известный ученый занимал в Берлине высокое общественное положение, обладал широкими связями в различных кругах общества и при дворе.
На духовное развитие университета сильное влияние оказал и Гегель. Университет чутко реагировал на политическую жизнь страны. После бурного движения в первые годы существования, последующего за этим спада и нового подъема в 1830—1834 гг. наступила эпоха реакции.
Лишь к концу 30-х годов наметилось определенное оживление; либеральная оппозиция вновь стала поднимать голос. В эти годы среди преподавателей и студентов определенное влияние имел так называемый «Докторский клуб» младогегельянцев, в котором основную роль играл молодой приват-доцент университета Бруно Бауэр. Членами клуба были многие студенты университета.
Ни в студенческие годы, ни позже Гельмгольц не принимал активного участия в политических событиях. Его целиком захватила учеба. Заниматься приходилось много. Уже в первом году было 48 обязательных часов, из которых: химии — 6, физики — 4, логики — 2, истории — 3, латыни — 2, французского языка — 1, обязательных репетиционных часов — 12 и специальных курсов — остальные часы. Многие предметы студенты Военного медицинского института («питомника», как его неофициально называли) слушали в университете. Здесь на II семестре Гельмгольц впервые встретился с одним из крупнейших ученых Германии того времени, физиологом Иоганном Мюллером.
Благодаря В. Гумбольдту, Фихте, Шлейермахеру, Савиньи и другим в университете в первые годы существования преобладали гуманитарные науки. Для расцвета естественных наук в Германии в начале века еще не было надлежащей почвы. Из физиков, например, можно назвать лишь Э. Хладни, известного своими работами по акустике, Т. Зеебека, открывшего термоэлектричество, и еще одного-двух, менее известных. Но с началом промышленного развития все более ощутимой становится необходимость развития химии, физики, математики, биологии. Это прекрасно понимал А. Гумбольдт. Он приложил максимум усилий для привлечения в Берлин наиболее одаренных естествоиспытателей.
Первым видным естественником был Митчерлих, который приехал сюда в 1822 г. и работал в пограничной области между химией и физикой. Митчерлих в 1819 г. открыл явление изоморфизма и установил способность изоморфных солей давать твердые растворы, а в 1821 г. — явление диморфизма, синтезировал ряд минералов. Из его школы вышли Генрих Густав Магнус и Иоганн Христиан Поггендорф. Если Поггендорф вошел в историю физики в основном благодаря издаваемым им знаменитым «Анналам физики», то Магнус стал главой первой немецкой школы физиков и создателем первой в Германии физической лаборатории.
Сильный толчок развитию экспериментальной науки в Берлинском университете дал И. Мюллер, приглашенный из Бонна в 1834 г. Сын сапожника из Кобленца, Мюллер занимался широким кругом вопросов физиологии, сравнительной анатомии, гистологии и эмбриологии. Он написал более двухсот работ. Много занимался изучением центральной нервной системы и органов чувств. Ему принадлежит первое точное изложение учения о рефлексах, исследование голосового аппарата человека и объяснение его деятельности, открытие и исследование лимфы земноводных, точное описание человеческого зародыша раннего периода развития. Мюллер является одним из основателей учения об опухолях. Его именем названы открытые им «мюллеров проток» — канал, соединяющий полости канальцев предпочки с полостью клоаки у зародышей человека и животных, и «мюллерова личинка», свободно плавающая в толще морской воды личинка многоветвистых ресничных червей. <...>
В 1834 г. Мюллер основал журнал «Archiv fur Anatomie, Physiologie und Wissenschaftliche Medizin», ставший одним из наиболее известных журналов в этой области и часто называемый «Мюллеровским архивом». Мюллер создал школу, сыгравшую большую роль в развитии физиологии как в Германии, так и в других странах.
В отличие от Магнуса, который стремился всячески ограничить теоретические построения, выдвигая на первое место голую эмпирию, Мюллер боролся за разумное сочетание теории и эксперимента, направляя внимание своих многочисленных учеников на точное теоретическое обоснование полученных из опыта выводов. А учеников у него было много, и среди них такие выдающиеся как Г. Гельмгольц, Э. Дюбуа-Реймон, Э. Брюкке, Р. Вирхов. С именем каждого из них связана определенная веха в развитии физиологии.
Э. Дюбуа-Реймон известен как один из основателей электрофизиологии; он установил основные формы биологических явлений в мышцах и построил ряд приборов, применяемых и в настоящее время в физиологических и медицинских лабораториях.
Славу Э. Брюкке составили его исследования по физиологии и систематике речевых звуков, по анатомии и физиологии глаза, по кровообращению.
Р. Вирхов — один из наиболее крупных деятелей в истории медицины, создатель целлюлярной (клеточной) патологии, основанной на клеточном строении тканей системы, охватывающей все основные стороны деятельности организма. Он был видным общественным деятелем, много сделал для улучшения санитарно-гигиенического состояния немецких городов, постоянно подчеркивал роль медицины как социальной науки, был носителем высоких гуманных идей.
Характеризуя роль Мюллера и его школы, К. А. Тимирязев писал в статье «Развитие биологии в XIX столетии»: «Родившийся с веком Иоганн Мюллер (1801 г.) мог бы быть признан его наиболее всеобъемлющим умом в области физиологии, если бы к этой области не принадлежал, хотя только половиной, универсальный гений, Герман Гельмгольц».
Гельмгольц начал изучать физиологию у Мюллера во втором семестре, а позже стал заниматься и в его лаборатории. Он уделял серьезное внимание физике и математике, много читал, особенно Гомера, Гете, Байрона, занимался музыкой, предпочитая произведения старых мастеров (Баха, Бетховена, Моцарта), ходил в театры. Односторонне поняв философию Гегеля, считая его виновником разрыва между естествознанием и философией, Гельмгольц увлекся Кантом. И хотя в последующие годы его отношение к Канту претерпело значительную эволюцию, кенигсбергский философ оказал сильное влияние на формирование его мировоззрения. Отдавая дань светским требованиям, Гельмгольц учился фехтовать и плавать. В каникулярное время совершил путешествия: в 1839 г — в Кенигсберг и к Балтийскому морю, в 1840 г — в Силезию, Прагу, Дрезден. Верный детским привычкам, он много ходил пешком, любовался природой. Его письма к родителям — образец поэтического описания природы.
Учеба шла своим чередом: сдача экзаменов не представляла никакого труда. Став добровольным помощником библиотекаря, он получил доступ к книгам. Особенно его интересовали труды классиков механики — Лагранжа, Даламбера и др. Изучение медицины нисколько не пострадало от его прежних увлечений точными науками, тем более, что преподавание медицинских наук не освободилось тогда еще полностью от схоластики.
В ноябре 1840 г., сдав экзамен по анатомии, Гельмгольц задумался над своей дальнейшей судьбой. Карьера практикующего врача его не привлекала, хотя он знал, что ему придется отслужить восемь лет за бесплатную учебу. Он решил еще до окончания института начать работу над докторской диссертацией. В создавшейся обстановке единственный, кто мог способствовать осуществлению его стремлений, был Мюллер. Зимой 1841 г. под его руководством Гельмгольц начал исследования нервной системы беспозвоночных. Тогда же он вошел в тесный кружок талантливых учеников Мюллера, особенно сблизившись с Дюбуа-Реймоном и Брюкке, с которыми оставался в дружеских отношениях на протяжении всей жизни. Усиленные занятия вызвали общее переутомление, потом он заболел тифом. Студентов Военно-медицинского института содержали в больнице бесплатно, и Гельмгольц сэкономил там некоторую сумму денег, а по выздоровлении купил небольшой микроскоп — первый прибор будущего экспериментатора.
Летом 1842 г. Гельмгольцу показалось, что он собрал достаточный материал для обобщений и что работа над диссертацией может быть закончена. Однако Мюллер счел этот вывод преждевременным. Гельмгольц писал родителям: «Я сегодня был у профессора Мюллера со своей диссертацией; он принял меня очень дружелюбно и, выслушав основной результат и подтверждающие его доказательства, заявил, что полученные в работе результаты важны, поскольку они раскрывают происхождение нервных волокон у высших животных. Такое происхождение предполагалось и раньше, но оно не могло быть подтверждено. Тем не менее, он посоветовал мне проверить полученный результат еще на целом ряде животных. По его мнению, это необходимо для того, чтобы придать работе ту доказательную силу, которой она не может обладать на основании исследований над тремя-четырьмя животными. Он назвал мне несколько животных, которые в этом отношении представляют собой особенно благодатный материал, и сам предложил, если мои инструменты окажутся недостаточными, воспользоваться его инструментами из анатомического музея. Он советовал мне, если я не спешу с получением степени доктора, продолжать работу во время каникул, чтобы мое детище появилось на свет в совершенном виде, не опасаясь никаких нападок. Так как никаких разумных возражений я выставить не мог, да и сам я разделяю его мнение, то вы, очевидно, лишитесь двадцатилетнего доктора и должны будете довольствоваться двадцатиоднолетним... Меня это несколько поразило и казалось не совсем правильным, но, как я уже говорил, никаких разумных возражений против этого выдвинуть не смог».
В августе-сентябре того же года Гельмгольц совершает путешествие по Гарцу, а в конце сентября возвращается в Берлин, где назначается врачом в знаменитую больницу «Шарите», которая была основана в 1710 г. и на протяжении многих лет служила центром подготовки врачей для прусской армии. Здесь он должен был пройти в разных должностях практику перед окончанием института. Хотя работа в больнице отнимала много времени, Гельмгольц продолжает научные изыскания, и 2 ноября 1842 г. защищает докторскую диссертацию «О строении нервной системы беспозвоночных». Эта первая работа Гельмгольца стоит несколько особняком среди его работ, но в следующей заинтересовавшей его теме появляется интерес к вопросу о сохранении и превращении энергии.
Защитив докторскую диссертацию, молодой врач заинтересовался сущностью явлений брожения и гниения. Исследования он начал в лаборатории Мюллера. Эта проблема уже имела к 1842 г. значительную предысторию. Еще Лавуазье установил, что процесс алкогольного брожения состоит в разложении сахара на спирт и углекислоту. Гей-Люссак на этом основании пришел к выводу, что возбудителем брожения и гниения является кислород. Он нашел, что вываренное растительное масло, хранимое в тщательно закупоренном сосуде, не разлагается, и лишь доступ кислорода воздуха способствует началу такого процесса. Т. Шванн в 1837 г. видоизменил опыт Гей-Люссака, пропустив через масло воздух, предварительно нагретый до нескольких сот градусов. Брожения не наступило, хотя кислород и действовал. Он показал, что процесс брожения обусловлен дрожжевыми грибками. В другом опыте воздух обрабатывали едким калием или серной кислотой. И в этом случае брожения не наступало, так как витающие в воздухе зародыши микроорганизмов погибали. Наконец, наиболее убедительно значение грибков было доказано, когда воздух пропускали через вату в сосуд с маслом, но брожения по-прежнему не было. К тем же выводам, что и Шванн, пришел Каньяр-Латур. Однако Либих, ученик Гей-Люссака, возражал против результатов Шванна, отстаивая чисто химическую природу брожения.
Шванн тоже был учеником Мюллера, но старшего курса, так что Гельмгольц с ним мало общался. Сама суть спора была для него интересной двояко. Во-первых, в отношении превращения энергии и, во-вторых, в смысле решения проблемы самопроизвольного зарождения микроорганизмов. Если бы удалось доказать экспериментально отсутствие самозарождения, это было бы чувствительным ударом по витализму, с которым, преодолевая взгляды учителя, вели борьбу все наиболее выдающиеся ученики Мюллера. Предварительные результаты, которые подтверждали точку зрения Шванна, Гельмгольц опубликовал в 1843 г. в «Мюллеровском архиве».
Проблема брожения и гниения занимала исследователей и в позднейшее время. Наиболее убедительные выводы были получены знаменитым французским микробиологом Луи Пастором. Своими опытами 1857 г. он доказал, что брожение может происходить только в присутствии микроорганизмов. Позже были открыты ферменты, особый продукт жизнедеятельности дрожжей. Они способны вызвать брожение даже в отсутствие дрожжевых клеток. Исследования Пастера по брожению стали основой для разработки методов использования микроорганизмов в производстве уксуса, виноделии, пивоварении, фармацевтической промышленности. Одновременно Пастер показал и невозможность самозарождения микроорганизмов и разработал метод пастеризации различных продуктов.
Первые работы Гельмгольца, конечно, не были крупными достижениями, но в них раскрылся талант молодого ученого, его колоссальная работоспособность, умение вести тонкие эксперименты. Время шло, срок работы в клинике кончился, теперь в силу вступило обязательство отслужить восьмилетний срок в прусских воинских частях, 1 октября 1843 г. Гельмгольц был назначен эскадронным хирургом в гусарский полк, расквартированный в Потсдаме.
Новый врач-гусар приступил к выполнению своих служебных обязанностей без особого энтузиазма. Вынужденный вставать в пять утра по сигналу трубы, участвовать в различных военных упражнениях, лечить всякие вывихи, переломы и чирьи, а также выполнять другие мало приятные работы, не имеющие ничего общего с его жизненными идеалами, оторванный от научной атмосферы, Гельмгольц, тем не менее, не отказался от научных занятий. Можно себе представить, какое удивление вызывал у однополчан вид лежащего в лазарете на кушетке военного врача, читающего книгу К. Г. Якоби об основах теории эллиптических функций. На скудные сбережения он оборудовал небольшую лабораторию, где почетное место занимал старый микроскоп, а вскоре появились электрофорная машина, калориметр и другое оборудование. С этими приборами он приступил к измерению скорости распространения возбуждений по нервам и определению тепла, выделяющегося при работе мышц.
Решение этих проблем имело значение не только для физиологии, но и для всего естествознания в целом, так как они были связаны с принятием или опровержением концепции особой «жизненной» силы, управляющей процессами в живой природе. Эта концепция, выдвинутая еще в начале XVIII в. Г. Э. Шталем, известным немецким химиком и врачом, имела многочисленных сторонников. По Шталю, действующие в живом организме силы имеют физико-химическую природу, но наряду с ними существует особая «жизненная» сила, способная связывать или освобождать остальные. Таким образом, эта особая сила фактически управляет деятельностью организма.
Еще в студенческие годы, изучая труды Д. Бернулли, Даламбера и других классиков механики, Гельмгольц пришел к выводу, что теория Шталя фактически приписывает каждому живому телу свойства вечного двигателя, способного производить работу без соответствующей затраты энергии. Уверенный в ошибочности этого утверждения, он в Потсдаме занялся изучением расхода тепла при работе мышц. Необходимо было выяснить, в какой мере законы, известные для физических явлений, проявляются в биологических процессах. Только после этого можно было перейти к созданию физико-химической основы физиологических процессов В 1845 г. в «Мюллеровском архиве» молодой ученый напечатал свою третью работу «О расходовавши вещества при действии мышц».
Чтобы не оторваться от науки, Гельмгольц время от времени ездил в Берлин к учителю и друзьям; иногда Дюбуа-Реймон и Брюкке посещали его в Потсдаме. По их просьбе летом 1845 г. он написал для медицинской энциклопедии большую обзорную статью «Теплота» (рассматриваемая физиологически). Здесь вновь ставится вопрос о том, управляется ли жизнь организмов теми же законами, которые господствуют в неорганической природе, или же они зависят от самозарождающейся силы. Автор стремится показать наличие равновесия между энергией, получаемой организмом при усвоении пищи, и той энергией, которая им расходуется при совершении механической работы, теплоизлучении, внутренних химических реакциях.
Осенью 1845 г. Гельмгольц взял полугодовой отпуск для сдачи государственного экзамена на звание врача и вернулся в Берлин. Очевидно, сама подготовка к экзамену его не очень тревожила, так как он все свое время отдавал науке: работал в физической лаборатории профессора Магнуса.
Густав Магнус сыграл для немецкой физики ту же роль, которую Митчерлих и Либих сыграли для химии, а Мюллер — для физиологии. Магнус работал у Берцелиуса в Стокгольме, у Гей-Люссака в Париже. В 1834 г. он был назначен профессором в Берлинский университет. Поскольку в то время университеты не имели своих физических лаборатории, он создал у себя частную лабораторию; в ней работали многие знаменитые впоследствии немецкие физики (назовем хотя бы таких блестящих экспериментаторов, как Кундт и Варбург). До приезда в Берлин Магнус занимался больше химией, а в Берлине посвятил себя физике. Он проводил опыты над поглощением газов кровью, расширением газов при нагревании, упругостью паров воды и водных растворов, теплопроводностью газов; позже занимался изучением термоэлектричества, электролиза, индукции токов, поляризации инфракрасных лучей.
Лаборатория Магнуса в Берлине была примитивной, о дорогих приборах не приходилось даже говорить, экспериментаторы делали все своими руками. Как вспоминал позже Кундт, когда к Магнусу обращались за тем или иным прибором, он кивал на сваленные в кучу обрубки дерева, которые вкупе с сигарными ящиками да стеклянными трубками служили основным материалом для изготовления физических приборов. Но и в такой обстановке Магнусу удавалось воспитывать первоклассных экспериментаторов, умевших все готовить своими руками. Эта традиция переходила из поколения в поколение: от Магнуса к Кундту, Варбургу, Гельмгольцу и далее — к их ученикам. Воспринял эту традицию у своего учителя Кундта и П. Н. Лебедев, основатель первой школы физиков в России.
Своим искусством экспериментирования Магнус широко пользовался на лекциях. В «Автобиографических заметках» И. М. Сеченов передает лично им услышанный от Гельмгольца рассказ о том, что Магнус всегда готовил опыты таким образом, чтобы требуемый эффект, в конце концов, всегда вызывался весьма простым действием: натяжением нитки, ударом. Это производило всегда большое впечатление на слушателей. Сам Сеченов прослушал курс физики у Магнуса в 1856—1857 гг. Хотя курс для медиков был элементарным, но хорошая речь лектора и богатство экспериментов делали его лекции в то время столь же популярными, как и двадцать лет назад.
В 1837 г. Магнус положил начало физическим собраниям, а с 1843 г. — физическому коллоквиуму, участниками которого были Клаузиус, Клебш, Кирхгоф, Кундт, Квинке, Э. Видеман, Вюльяер, В. Сименс, Тиндаль, — если ограничиться перечислением только наиболее известных имен физиков. Этот коллоквиум посещали и те ученики Мюллера, которых занимал вопрос об отношении физики и химии к физиологии. Бывал на нем во время поездок в Берлин и Гельмгольц.
В 1845 г. группа учеников Магнуса и Мюллера организовала в Берлине физическое общество. Организаторами общества были Карстен, Дюбуа-Реймон, Бец, Брюкке, Гейнц и Кноблаух. Вскоре Дюбуа-Реймон ввел в общество Гельмгольца. Позже оно стало называться «Немецким физическим обществом», его членами были все крупные немецкие и некоторые иностранные физики. Под руководством Карстена общество стало издавать знаменитые «Fortschritte der Physik» (Успехи физики) — первый в мире серьезный библиографический журнал по физике и смежным с ней областям науки. В нем реферировались все выходящие в мире работы, имеющие отношение к физике. Журнал издается уже 120 лет, его страницы являются живой историей развития физики. Карстен попытался издать и многотомную энциклопедию физики, но замысел не удалось осуществить полностью, хотя некоторые тома и вышли.
Как сильно было влияние царившей на физических собраниях атмосферы и взаимное воздействие молодых ученых, видно из воспоминаний одного из них, Вернера Сименса «... я тем более должен быть благодарным своим прежним учителям, особенно физикам Магнусу, Дове и Рису, за то, что встретил такой дружеский прием в их прекрасной, благотворной среде. Много обязан я также более молодым берлинским физикам, благодаря которым я принял участие в учреждении физического общества. Это был прекрасный круг талантливых молодых естествоиспытателей, прославившихся впоследствии своими трудами; стоит только назвать имена Дюбуа-Реймона, Брюкке, Гельмгольца, Клаузиуса, Видемана, Людвига, Беца и Кноблауха. Под влиянием общения и совместной работы с этими выдающимися, одаренными и серьезными молодыми людьми крепла и моя привязанность к научным занятиям и прочнее укоренялась решимость — впредь посвятить себя только науке».
Как известно, эта программа Сименса осуществилась, но выдержана она им была лишь наполовину Став крупным ученым в области электротехники, он вместе с тем стал и крупным предпринимателем. Начав с работ по гальванопластике в 40-х годах, он затем получил патент на электромагнитный телеграф (основанный на той же идее, что и телеграф Б. С. Якоби), изобрел машину для изоляции проводов гуттаперчей, провел многочисленные измерения диэлектрической постоянной, создал ртутный эталон сопротивления, устроил первый городской трамвай, разработал электрогенератор с самовозбуждением и построил селеновый фотоэлемент.
Вместе с тем он был одним из основателей известных фирм «Сименс и Гальске», «Сименс и Шуккерт». Как глава этих фирм, Сименс занимался установкой многих телеграфных линий, в том числе и в России. На его заводах вырабатывалось разнообразное электротехническое оборудование, имевшее широкий сбыт во всем мире. Неудивительно, что он стал богатейшим человеком, чем отличался от большинства ученых своего времени. К Гельмгольцу он всю жизнь питал глубокое уважение, а в 70-х годах они породнились, благодаря женитьбе сына Сименса на дочери Гельмгольца. Понимая лучше других предпринимателей значение науки для развития техники, Сименс вкладывал большие средства в развитие научных учреждений. Почти только на его средства был построен имперский физико-технический институт, первым президентом которого стал в 1888 г. Гельмгольц.
В лаборатории Магнуса Гельмгольц вновь занялся исследованием явлений брожения и гниения. На этот раз ему удалось более убедительно показать, что эти процессы не могут идти без живых микроорганизмов, хотя все другие химические процессы идут своим чередом. Но эти результаты опубликованы не были.
Сдав положенные экзамены и получив звание врача и врача-хирурга, Гельмгольц в феврале 1846 г. возвращается в Потсдам. Здесь он пополняет свою лабораторию рядом новых приборов и приступает к новому систематическому исследованию энергетики действия мышц. В октябре 1846 г. он послал в Берлин для опубликования в «Fortschritte der Physik» реферат «Обзор теории физиологических тепловых явлений за 1845 г.». Формально обзор охватывает только работу Дэви «О температуре человека» и Либиха «О животном тепле», но фактически он выходит далеко за эти рамки, свидетельствуя о строе мыслей Гельмгольца в период созревания того круга идей, которые нашли отражение в его основополагающей работе «О сохранении силы».
В обзоре Гельмгольц объявил себя решительным сторонником кинетической теории тепла. До тех пор, пока причиной теплоты считался теплород, было бессмысленно говорить об эквивалентности между теплотой и механической работой, поскольку нельзя было себе представить, каким образом в телах может создаваться особое вещество — теплород. Но при переходе от субстанциональной теории к кинетическим представлениям вопрос об эквивалентности механических, электрических, химических и других сил становился уже насущным. Хотя принцип постоянства силового эквивалента при взаимном превращении сил природы не противоречил известным фактам, он был логически уже утвержден и применялся как основа различных теорем у Карно, Клапейрона, Ф. Неймана, но ни экспериментального, ни ясного теоретического обоснования его еще не было. Тогда уже Гельмгольц понимал, что от познания опытных фактов, не противоречащих принципу сохранения, до четкой количественной и даже качественной формулировки принципа нужно проделать сложный путь. Отметим, что в то время он ничего не знал о работах Р. Майера и Джоуля.
Увлекшись новыми идеями, всю сложность и важность которых он прекрасно понимал, Гельмгольц прервал свои работы по изучению теплового эффекта при действии мышц. Этому способствовали и чисто личные обстоятельства. Весной 1847 г. он обручился с Ольгой, дочерью умершего штабного врача фон Велътена. <…> Большая любовь, связавшая молодых людей, прошла через всю их совместную жизнь, прерванную ранней смертью Ольги.
После обручения (свадьбу решено было отложить до тех пор, пока у жениха будет более определенное материальное положение) Гельмгольц усиленно продолжал заниматься своей работой о принципе сохранения энергии. В феврале 1847 г. он послал Дюбуа-Рейману первый вариант предисловия. Он еще не считал работу законченной и продолжал ее обрабатывать, но хотел узнать мнение друга о стиле изложения. Его беспокоило, будет ли изложение понятным для физиков, нет ли в нем темных мест и пустот. Тут же он пишет, что старался выбросить за борт все, что могло пахнуть философией. Это заявление может казаться странным для человека, который известен многочисленными работами по философии естествознания. Но тут нужно учесть два обстоятельства. Во-первых, молодой ученый мог находиться еще под сильным влиянием своего учителя Магнуса, известного своей антипатией к философии, общим рассуждениям и даже теоретической физике. Во-вторых, Гельмгольц предвидел, что его работа вызовет серьезные нарекания со стороны физиков старшего поколения, поэтому он старался по мере возможностей избегать философских выводов. Но, независимо от желания автора, работа, посвященная одному из наиболее общих законов природы, не могла не иметь глубокого философского содержания. Многие ведущие ученые встретили ее скептически. Дюбуа-Реймон не принадлежал к их числу и в своем ответе назвал труд Гельмгольца «документом большого исторического значения».
Тогда Гельмгольц решился представить результаты своих размышлений на суд членов Берлинского физического общества. Его доклад «О сохранении силы» был заслушан на заседании 23 июля 1847 г. Много позже, вспоминая о реакции разных кругов на этот доклад, Гельмгольц писал: «В моей книжке «О сохранении силы» я намеревался лишь дать критическую оценку и систематизировать факты в интересах физиологов... Для меня не было бы неожиданностью, если бы в конце концов сведущие люди сказали бы мне: «Да ведь это нам отлично известно! Чего хочет этот юный медик, распространяясь так подробно об этих вещах?» К моему удивлению, те авторитеты в физике, с которыми мне пришлось войти в соприкосновение, посмотрели на дело совершенно иначе. Они склонны были отвергать справедливость закона; среди той ревностной борьбы, которую они вели с натурфилософией Гегеля, и моя работа была сочтена за фантастическое умствование. Только математик Якоби признал связь между моими рассуждениями и мыслями математиков прошлого веки, заинтересовался моим опытом и защищал меня от недоразумений. С другой стороны, восторженное одобрение и практическую помощь нашел я у моих молодых друзей, особенно Дюбуа-Реймона. Вскоре они привлекли на мою сторону членов только что возникшего Берлинского физического общества».
А события развернулись так. Из физиков старшего поколения Дове и Рис прямо отвергли работу, математики Лежен-Дирихле и Эйзенштейн высказали свои сомнения. Якоби, ближе других стоявший к идеям классиков механики XVIII в., широко пользовавшихся невозможностью perpetuum mobile при доказательстве теорем механики, сразу и безоговорочно принял обобщение этого положения на все явления природы. Несколько сложнее было отношение к работе Магнуса. Понимая справедливость конечных выводов, он холодно отнесся к способу их изложения и обоснования. Один из его учеников, Э. Видеман, объяснял причину такого отношения: «Возможно, что именно под непосредственным впечатлением гегельянской и шеллинговской школ, высказывавших всегда с большой уверенностью часто прямо противоположные истине суждения, которые им (берлинским физикам) были несимпатичны, они в своих работах ограничивались почти исключительно экспериментом. Магнус, который своими лекциями, физическими собеседованиями в лаборатории и коллоквиумом по новейшим исследованиям в физике имел совершенно особое влияние на образование молодых физиков, рассматривал математическую и экспериментальную физику как совершенно различные области. В противоположность кенигсбергской школе он высказывался против слишком основательного занятия математикой и даже против тех работ своих собственных учеников, в которых связывались две внешне отдаленные области физики. Если этот образ действий, вызванных предыдущей историей науки, и кажется односторонним и плоским, то все же он был необходим для создания твердой, независимой от метафизических воззрений реальной основы для общих теоретических исследований».
Порицая узкий эмпиризм своего учителя, Видеман повторяет здесь тезис о вредном влиянии гегельянства на методологию естествознания и явно оправдывает односторонность Магнуса. Если вспомнить, что Гельмгольц тоже обвинял Гегеля в пренебрежении естествознанием и называл его виновником разрыва, происшедшего между философами и естествоиспытателями, то сразу убеждаешься в том, что большинство тогдашних физиков не поняло диалектического метода Гегеля, абсолютизируя слабые стороны его учения.
Рукопись своей работы Гельмгольц передал Магнусу с просьбой представить ее Поггендорфу для опубликования в «Анналах». И тут повторилась история, происшедшая за несколько лет до этого с работой Майера: Поггендорф отказался ее напечатать. Объясняя причину отказа, Поггендорф писал Магнусу: «По твоему желанию я сразу же просмотрел работу д-ра Гельмгольца, чтобы еще сегодня ответить на твой вопрос. Тема, безусловно, важна и рассмотрение интересно; однако, несмотря на лучшие намерения услужить автору, я вынужден заключить, что обстоятельства, к сожалению, не позволяют сделать этого. Не столько объем работы, который уже сам по себе не позволяет опубликовать ее в «Анналах» в текущем году, сколько скорее «характер сочинения заставляет меня отклонить его, как я это уже сделал в нескольких подобных случаях. «Анналы» предназначены прежде всего для экспериментальных исследований, и ты сам хорошо знаешь, как велико сегодня их число. Я еле успеваю с ними справляться. Хотя я не отказываю во внимании теоретическим работам и признаю их пользу, чтобы открыть для них ворота, мне пришлось бы жертвовать значительной частью работ экспериментальных.
По моему миопию, автор должен сам издать свое сочиненно Оно достаточно сильно для этого, а интересное и важное содержание тем, рассматриваемых в нем, говорит за то, что его будут читать. Если автору удастся в свободное время обосновать или хотя бы проверить ту или иную часть экспериментально (а он сделает это лучше любого другого), то «Анналы» с радостью представят ему свои страницы для обнародования результатов. С просьбой передать этот ответ автору, заверив его одновременно в искреннем признании мною его похвальных и доказывающих многосторонние познания стремлений,
Твой Поггендорф
1 августа 1847 г. ».Вежливо, но решительно. На следующий день Магнус переслал оригинал письма Дюбуа-Реймону для передачи Гельмгольцу. В своем письме Магнус выражал сожаление, что Поггендорф отказался принять статью, и советовал публиковать ее в виде брошюры. «По моему мнению, статья может быть очень полезной, а, кроме того, она является примером редкой многосторонности познаний и новым доказательством проницательности и таланта д-ра Гельмгольца». Получив от Дюбуа-Реймоиа всю эту переписку, Гельмгольц естественно возмутился, доводы Поггендорфа показались ему неубедительными, тем более что в «Анналах» уже подобные работы появлялись. Но другого выхода не было, и Гельмгольц обратился к книгоиздателю Реймеру с просьбой опубликовать работу. Получив рекомендации Мюллера и Дюбуа-Реймоиа, Реймер издал брошюру и, к изумлению автора, даже выслал ему гонорар.
Удивило Гельмгольца и другое неожиданно он удостоился похвалы своего высшего начальства «за важное практическое направление, которое он сумел придать своим исследованиям». Очевидно, кто-то из военных руководителей решил, что сохранение силы имеет непосредственное отношение к солдатам. Для Гельмгольца гораздо важнее была оценка его работы физиками. Признание пришло не сразу и не без борьбы, но уже было ясно, что в лицо потсдамского военного врача физика получила выдающегося ученого. Ограничимся здесь только одним высказыванием.
Через тридцать лот Джемс Клерк Максвелл писал в английском журнале «Nature» «Здесь нет нужды ссылаться на работы различных ученых, содействовавших, каждый в своем направлении, опытами, расчетами или рассуждениями утверждению принципа сохранения энергии. Но, несомненно, что этим исследованиям был сообщен сильный толчок опубликованной в 1847 г. работой Гельмгольца «Ueber die Erhaltung der Kraft» («О сохранении силы»), заглавие которой мы теперь должны (и с точки зрения науки правильно) переводить «Сохранение энергии». В этой работе Гельмгольц показал, что если бы силы, действующие между материальными телами, были эквивалентны силам притяжения или отталкивания, которые действуют между частицами этих тел и интенсивность которых зависит только от расстояния, то расположение и движение любой материальной системы подчинялось бы определенному уравнению, словесное выражение которого и есть принцип сохранения энергии... Для того, чтобы полностью оценить все научное значение небольшой работы Гельмгольца по этому вопросу, нужно было бы спросить тех, кому мы обязаны величайшими открытиями в области термодинамики и в других областях современной физики, сколько раз они перечитывали эту работу, и как часто во время изысканий веские утверждения Гельмгольца воздействовали на их ум подобно непреоборимой движущей силе» [Д. К. Максвелл. Речи и статьи. М., 1940, стр. 178 – 179].
Перенеся подробный анализ содержания работы Гельмгольца в одну из последующих глав, коснемся здесь лишь некоторых внешних обстоятельств, сыгравших определенную роль в его жизни в разные периоды. Работа 1847 г. принесла ему заботы не только чисто научного плана. С ней был связан многолетний, весьма неприятный спор о приоритете с Робертом Майером. В разное время различными лицами и в разной форме Гельмгольцу предъявлялись обвинения в непонимании Майера, в замалчивании его заслуг, в сознательном устранении противника и прямом плагиате. Особенно изощрялся в 70-х годах небезызвестный приват-доцент Берлинского университета Е. Дюринг (кстати, лишившийся за это своего места в университете, правда, без участия Гельмгольца). Дюринг дошел до того, что вообще отрицал оригинальность всех работ Гельмгольца. Вся эта история получила нехорошую окраску, особенно потому, что жизнь Майера сложилась трагично.
Постараемся кратко выяснить, какие были отношения между Гельмгольцем и Майером и почему первый все же сыграл отрицательную роль в судьбе последнего. Разные авторы по-разному решали этот вопрос. Одни утверждали, что Гельмгольц долго вообще не знал, или почти не знал работы Майера. Но вряд ли это так, — ведь Гельмгольц живо интересовался этой проблемой, к тому же он был референтом «Fortschritte der Physik». Другие считали, что тут сказалось честолюбие Гельмгольца. Но вся последующая жизнь Гельмгольца свидетельствует против этого тезиса. Он был чрезвычайно щепетилен и вообще не придавал особого значения вопросам приоритета. Об этом говорит и скромная оценка Гельмгольцем собственных заслуг в изобретении офтальмоскопа (хотя он был, без всякого сомнения, его единственным изобретателем), а также эпизод, происшедший с ним в 80-е годы. У Гельмгольца в это время слушал лекции американский студент М. Пупин, впоследствии профессор-электрохимик.
Ознакомившись в 1882 г. с новой работой Гельмгольца, в которой выводилась формула зависимости электродвижущей силы элемента от температуры, Пупин вспомнил, что, еще учась в Кембридже у Тиндаля, он читал нечто подобное у «Польского затворника» Гиббса. Обратившись к оригиналам работ Гиббса, он убедился, что американец опередил Гельмгольца на десять лет. Гельмгольц в 1883 г. писал: «Наконец, термодинамические условия молекулярных и химических процессов в системах тел, состоящих из произвольного числа различных веществ, были весьма общим и всеобъемлющим путем развиты аналитически Д. В. Гиббсом (1878)». В своих воспоминаниях Пупин отмечает, что Гельмгольц охотно признал приоритет Гиббса во введении понятия свободной энергии. Следовательно, честолюбие отпадает. Дело тут, безусловно, сложнее. В 1850 г. в реферате о работах по сохранению энергии, написанных в 1847 г., Гельмгольц дал обзор статей Майера, Дондерса и двух своих. При этом он писал: «Сочинения Майера и Дондерса приведены лишь для полноты. Они содержат сводки известных фактов, рассматриваемых по существу с тех же точек зрения, каких придерживался референт в годовом обзоре за 1847 г.», после чего идет подробное изложение собственных работ. Это замечание референта журнала, которому физики верили, могло отвести их внимание от работ Майера.
Возможно, свидетельством этому является отношение к Майеру известного немецкого физика Клаузиуса, область интересов которого обязывала его знать работы Майера. Когда в 1862 г. Тиндаль просил его прислать сочинения Майера, он ответил, что постарается их достать, хотя не думает, что в них содержится что-либо значительное. Позже сам Клаузиус признал, что он ошибся: «Но когда я получил брошюры от книгопродавца в Гейльбронне и сам прочел их, прежде чем отослать Тиндалю, я понял, что раньше заблуждался, что Майер в последующих сочинениях, благодаря обстоятельному изучению вопроса, устранил те недостатки, которыми вначале страдали его механические воззрения и которые были вполне понятны у врача-практика, впервые писавшего по вопросам механики; я убедился, что в этих сочинениях Майер разработал свои воззрения с такой ясностью и глубиной и развил такое богатство идей, что этому следовало удивляться, даже если нельзя согласиться со всем, что в них изложено. Поэтому, пересылая книги Тиндалю, я отказался от своего прежнего мнения и указал на то, что нашел в них особенно важным».
В последующих обзорах, написанных до 1854 г., Гельмгольц по-прежнему недооценивает работы Майера, считая единственным его достижением вычисление механического эквивалента тепла по известным методам. Ясно, что недооценка работ была вызвана не внешними причинами, а различием в трактовке, в подходе обоих ученых к самому существу закона сохранения энергии. Гельмгольц считал, что вся суть открытия Майера заключена в определении механического эквивалента тепла, тогда как основная идея Майера состояла в подчеркивании единства энергии, в ее количественном сохранении при качественных изменениях различных форм энергии. Гельмгольц же, хотя и применял закон для объяснения широкого крута физических явлений, всеобщность закона понимал лишь как сохранение суммы кинетической и потенциальной энергии замкнутой системы, сводя все многообразие физических и физиологических явлений к механическому движению.
Со временем взгляды Гельмгольца претерпели некоторую эволюцию. В 1854 г. в речи «О взаимодействии сил природы» он говорил: «Первым, вполне усвоившим и ясно формулировавшим закон, о котором здесь идет речь, был немецкий врач Ю.Р. Майер в Гейльбронне в 1842г.» [Г. Гельмгольц. Популярные речи. Ч. 1. СПб., 1898, стр. 12.]. Через пятнадцать лет на съезде немецких естествоиспытателей и врачей в Инсбруке Гельмгольц уже в присутствии Майера повторил: «Первый, составивший себе отчетливое и ясное представление об этом законе и отважившийся высказать его абсолютно всеобщее значение, был доктор Роберт Майер из Гейльбронна» [там же, стр. 85]. И все-таки это было в основном лишь признанием приоритета Майора, так как тут же в этих речах упоминаются Колдинг, Джоуль и даже Грове.
В 80-х годах Гельмгольц по-прежнему расходился с Майером в оценке закона: «В настоящее время приверженцы метафизической спекуляции пытались объявить, что закон сохранения энергии должен быть справедливым, и поэтому выставляли Роберта Майора как героя в области чистой мысли. То, что они рассматривали как вершину достижений Майора — именно метафизически формулированные, кажущиеся доказательства этого закона, представляется каждому, привыкшему к строгой научной методике, естествоиспытателю наоборот как наиболее слабое место его рассуждений, и это, несомненно, было причиной, почему работы Майера в естественнонаучных кругах оставались так долго неизвестными. И только, когда убеждение в справедливости закона проложило себе путь с другой стороны, именно благодаря мастерски поставленным работам Джоуля, было обращено внимание на статьи Майера» [Г. Гельмгольц. О сохранении силы. 1881].
Внешне вся история получила характер борьбы за приоритет, но внутреннее содержание опора было обусловлено различным пониманием учеными самого существа закона сохранения энергии. Особенно остро ставил вопрос англичанин П. Тэт, вообще отрицавший всякие заслуги Майера в установлении закона. Его обращение к Гельмгольцу и Клаузиусу, которых он считал противниками Майера, не возымело действия. Вопрос приобрел и некоторую национальную окраску. Положительную роль сыграл Тиндаль, не только защищавший приоритет Майера, но и отстаивавший глубокую суть его научных открытий. Поскольку Гельмгольц и Тиндаль были в дружественных отношениях, некоторые враги Гельмгольца пытались утверждать, что он воспользовался своим влиянием, чтобы очернить Майера в глазах Тиндаля. Это вынудило Тиндаля сделать в 1880 г. следующее замечание в своих лекциях по теплоте: «После того, как предыдущие строки были написаны и напечатаны, я получил два немецких сочинения о жизни и трудах Майера. В этих сочинениях утверждается, что профессор Гельмгольц восстанавливал меня против Майера. Тем, кто знаком с моим поведением в этом вопросе, это должно показаться просто нелепостью, а относительно профессора Гельмгольца я считаю своим долгом заявить, что никогда ни прямо, ни косвенно он не старался возбудить во мне неприязненное отношение к Майеру» [Д. Тиндаль. Теплота, рассматриваемая как род движения. М., 1888, стр. 469]. Таков (вкратце ход событий в истории, которая доставила Гельмгольцу немало неприятных минут.
Но наибольшую остроту эти события приобрели позже, а пока военный врач, переведенный в потсдамский императорский караульный полк, продолжал как свою мало интересную службу, так и поглотившие его целиком исследования мускульной теплоты. Эти работы были связаны с определением количества теплоты, выделяющейся при химических реакциях. Еще Лавуазье, лондонский врач Крауфорд, Румфард и Дальтон сжигали различные вещества в калориметре, замеряя теплоту сгорания. В дальнейшем эти исследования были продолжены Дюлонгом в 1838 г. и Эндрюсом в 1843 – 1847 гг. Данные этих исследований сильно расходились. В 1840 г. петербургский профессор Гесс выдвинул важный принцип, согласно которому количество тепла, соответствующее какому-либо механическому процессу, остается неизменным, независимо от того, протекает ли этот процесс отдельными ступенями или сразу. Но этот принцип не получил полного обоснования. Неопределенность знаний в области теплоты химических реакций отразилась и на исследовании мускульной теплоты. Известный историк физики Ф. Розенбергер писал по этому поводу: «Согласно закону сохранения силы, животная теплота, как и работоспособность животных, должна проистекать из одного и того же источника — из пищи животных. Однако для точного сравнения действующих здесь причин и вызываемых ими действий недоставало еще опытных основ, измерения механической работоспособности животных, определения развиваемого ими количества тепла и, наконец, установления термических эквивалентов принятой пищи. Поэтому основоположники закона сохранения энергии могли лишь обосновать вероятную применимость этого закона к органическому миру, но не имели возможности этого твердо доказать, поэтому-то физиология, дальше чем какая-либо иная дисциплина, представляла собой поле для самых фантастических суждений по вопросу об образовании тепла и мышечной силы» [Ф. Розенбергер. История физики, т. III, вып. 2. М., 1935, стр. 70].
Дюлонг в 1815 г. и Депре в 1823 г. доказали, что дышавшие в калориметр животные развивали теплоту на 15 – 20% меньшую, чем в том случае, когда потребленный ими кислород шел бы на сгорание угля. Вот это расхождение между данными Дюлонга и Депре и принципом сохранения энергии пытался уяснить себе Гельмгольц. Нужно было установить, является ли обнаруженное в его первой работе изменение температуры действующей мышцы следствием только усиления притока артериальной крови или же в самой мышце имеют место какие-либо процессы. В первую очередь следовало выяснить, происходят ли при работе мышц химические реакции. Для этого он производил при одинаковых условиях опыты, в которых мышцы лягушки подвергались раздражению электрическими разрядами электрофорной машины до тех пор, пока они не переставали дрожать. Усталые и свежие мышцы опускали в воду и спирт. При этом оказалось, что количества растворимых веществ в обеих мышцах разные. Подобные различия были найдены и при исследовании налима и голубя. Но дать точную характеристику химических различий Гельмгольц не мог. В ноябре 1847 г. он доложил результаты своих исследований физическому обществу и опубликовал их в «Мюллеровском архиве». Работа Гельмгольца мало продвинула тогда решение вопроса, хотя сам автор был убежден в применимости принципа сохранения энергии к физиологическим процессам.
Первые физиологические и физические исследования принесли Гельмгольцу определенную известность в научных кругах. Стало ясно, что в его лице наука приобрела искусного экспериментатора и вместе с тем тонкого теоретика. Его дальнейшему росту препятствовала военная служба. К 1848 г. он отслужил только пять из положенных ему восьми лет. Друзья начали хлопотать о досрочном освобождении его от должности военного врача и переводе на преподавательскую работу. Такая возможность представилась в 1848 г., когда Брюкке был приглашен на кафедру физиологии и патологической анатомии в Кенигсбергский университет, и занимаемая им в Берлине должность освободилась.
Благодаря ходатайству своего учителя Мюллера и поддержке влиятельного А. Гумбольдта Гельмгольц был освобожден от дальнейшей военной службы и в сентябре 1848 г. назначен учителем анатомии в Академии художеств и ассистентом в Анатомо-зоологическом музее вместо уехавшего в Кенигсберг Брюкке. Тревожной была обстановка в Берлине в осенние дни 1848 г., когда полный радужных надежд бывший врач, навсегда оставивший практическую медицину и подающий большие надежды ученый въехал в Берлин. Город был охвачен революцией, симптомы которой чувствовались еще в студенческие годы Гельмгольца. Период глубокой реакции, начавшейся в 1834 г., продолжался до 1840 г.
<…>
Исследования скорости распространения нервного раздражения ему не удалось закончить в Берлине. Осенью 1849 г. Брюкке получил кафедру в Венском университете; на его место медицинский факультет Кенигсбергского университета предложил прусскому министерству просвещения три кандидатуры: Дюбуа-Реймона, Гельмгольца и Людвига. Мюллер в своей рекомендации писал: «Приват-доцент Дюбуа благодаря своим классическим работам по животному электричеству имеет несомненное право на профессуру по физиологии, но, по-видимому, он не склонен принять указанное место раньше окончания работ, которые ведет в настоящее время. Относительно Гельмгольца, состоящего ассистентом при анатомическом музее и преподавателем Академии художеств, я уже имел честь сообщать министерству. Я рассматриваю его как одного из наиболее талантливых физиологов. Профессор Людвиг стоит в одном ряду с Брюкке, Дюбуа и Гельмгольцем».
Мюллер не ошибся, называя Людвига достойным места. Карл Людвиг не был непосредственным учеником Мюллера, хотя его часто и ставят в один ряд с его учениками. Он окончил Марбургский университет в 1839 г. и во время пребывания в Берлине близко сошелся со школой Мюллера, а с Гельмгольцем его связала тесная дружба, закрепленная общностью научных интересов и сходством научного мировоззрения. Он решительно выступал против витализма, стремился вводить в физиологию физико-химические методы исследования. В разные годы в Вене и Лейпциге в его лабораториях работали русские физиологи и врачи, с которыми он поддерживал тесную связь и позже. Среди них были: И. М. Сеченов, С. П. Боткин, И. Ф. Цион, И. П. Павлов, Ф. В. Овсянников и др. Людвиг слыл атеистом и демократом, поэтому министерские деятели противились его назначению в Кенигсберг. Дюбуа отказался выехать из Берлина. Экстраординарную профессуру по физиологии и патологической анатомии в этом старейшем университете получил 28-летний Гельмгольц.
Должность экстраординарного профессора физиологии и общей патологии в Кенигсберге предполагала одновременное заведование Физиологическим институтом, а все это вместе определяло годовое содержание в восемьсот талеров. Теперь можно было думать и о семье. 26 августа 1849 г. состоялась свадьба. Ольга стала не только верным другом, но и надежным помощником в научных исследованиях. Полный счастья молодой муж писал Дюбуа: «После того, как мы покончили с ее благоустройством, квартира оказалась очень красивой и уютной, и мы можем спокойно вкушать счастливейшее время жизни; я рекомендую тебе найти при первой возможности такую же милую жену, какую имею я. Душа сейчас столь полна удовлетворения, появилась столь спокойная уверенность в достигнутом, что моя работоспособность значительно увеличилась».
Теперь у Гельмгольца была своя лаборатория, в которой он мог продолжать начатые еще в Берлине опыты по определению скорости распространения нервного возбуждения. И в этой же лаборатории, где готовились лекционные демонстрации, им были изобретены офтальмоскоп и миограф, изучалась природа зрения, начаты были замечательные исследования по физиологической оптике.
Основанный в 1544 г. Кенигсбергский университет в первой половине XIX в. продолжал испытывать влияние Канта, преподававшего здесь в 1770 – 1797 гг. философию, логику, математику, механику, физику, географию, антропологию и общую натуральную историю. В 20-х годах здесь расцвели экспериментальные науки. Тут преподавали астроном Ф. Бессель — основатель и первый директор обсерватории, натуралист К. Бэр, физик Ф. Нейман, математик К. Якоби. Но к моменту приезда Гельмгольца в Кенигсберге оставался только Нейман. Бэр в 1834 г. вернулся в Россию, Бессель умер в 1846 г., Якоби с 1842 г. жил в Берлине.
Большую известность приобрела кенигсбергская математическая и физическая школа, в которой главную роль играли Якоби и Нейман. Еще в 1834 г. они основали совместный семинар по теоретической физике и математике. Такая форма приобщения студентов к науке в сфере физики и математики применялась в Германии впервые. Из этого семинара вышел ряд выдающихся физиков-теоретиков: К. Нейман (сын Ф. Неймана), Г. Кирхгоф, В. Борхардт, А. Клебш, Л. Заальшютц, В. Фойхт и др. В отличие от берлинских физиков-эмпириков кенигсбергские физики стояли за разумное сочетание эксперимента и теории и делали основной упор на теорию. Они блистали на протяжении всего века.
Якоби сыграл определенную роль и в политической жизни университета. Он был демократом и выступал против казенщины и формализма в университетах, против реакционных порядков, господствовавших в Пруссии. Эйхорн, став министром просвещения, попытался усилить контроль за надлежащим направлением преподавания. Кенигсбергский университет, хранящий прогрессивные традиции Канта, под влиянием брошюр Якоби был охвачен оппозиционным движением, особенно после ландтага 1840 г. Многие ученые высказывали либеральные идеи с кафедр. Когда правительство начало чистку, увольняя прогрессивных профессоров, ректор университета, известный физиолог К. Ф. Бурдах, выступил с решительным протестом.
Брюкке, занявший кафедру общей патологии и физиологии после смерти Бурдаха, пробыл в Кенигсберге всего один год. Он принес с собой новые методы мюллеровской школы, развитие которых стало уделом Гельмгольца. Историограф университета Г. фон Зелле отмечал, что с приходом Гельмгольца «укрепилось основанное Брюкке направление, которое принимало за основу науки эксперимент, а не произвольную и великолепную спекуляцию».
Тот же историограф отмечает, что Нейман принадлежал к числу тех ученых, которые враждебно встретили книгу Гельмгольца «О сохранении энергии». Поэтому в первое время отношения между Нейманом и молодым профессорам оставались холодными. Гельмгольц сдружился с математиком Ф. Ришело, ориенталистом О. Ольсгаузеном, филологом и археологом Л. Фридлендером и своим учеником, физиологом Виттихом.
Кроме Виттиха, из учеников Гельмгольца кенигсбергского периода видными физиологами стали Гольц и особенно Лудимар Герман, перешедший впоследствии к Дюбуа-Реймону в Берлин. Основные исследования Германа относились к нервно-мышечной физиологии. Он открыл альтерационные токи, возникающие у границы между нормальным и поврежденным участками нервного или мышечного волокна, проводил опыты по изучению скорости распространения волны сокращения в мышцах человека. Как и Гельмгольц, Л. Герман изучал физиологию звукообразования, особенно гласных звуков. Но главное значение его трудов — в создании теоретических основ электрофизиологии. Впоследствии Герман стал директором Кенигсбергского физиологического института и занял кафедру Гельмгольца.
<…>
В 1850 г. Гельмгольцу удалось решить сложнейшую задачу о скорости распространения нервного раздражения. Сама постановка задачи говорила о смелости мысли и огромной вере в силу экспериментальных возможностей человека. Врачи знаменитой французской медицинской школы в Монпелье считали, что эта скорость во столько раз больше скорости движения крови в аорте, во сколько раз диаметр аорты больше поперечника нервного волокна; а отсюда — вывод, что она больше скорости света. И Мюллер, считая, что нельзя измерить малый промежуток времени между моментом раздражения нерва и началом сокращения мышцы, принимал скорость передачи равной скорости света. Лишь швейцарский физиолог XVIII в. А. Геллер допускал существование малой скорости, но при этом исходил из совершенно фантастических сравнений с частотой колебаний языка при произношении звука «р».
Первая задача, которую необходимо было разрешить, состояла в конструировании прибора для регистрации малых промежутков времени. При этом Гельмгольц воспользовался принципом, предложенным еще в 1844 г. французским физиком Пуллье. Пуллье принимал, что при кратковременном действии тока на стрелку гальванометра ее отклонение пропорционально времени. Для измерений Гельмгольц должен был построить установку, в которой начало отклонения стрелки совпадало бы с моментом возбуждения нерва, а конец совпадал бы с моментом сокращения мышцы под действием дошедшего до нее раздражения. По отклонению стрелки можно было судить об интервале прошедшего времени. Но это было еще не все, так как нужно было исключить неизвестное время — время между началом раздражения мышцы и ее сокращением. Поскольку о характере процессов в самой мышце было известно очень мало, этот промежуток времени нельзя было заранее определить. Гельмгольц обошел это затруднение тем, что проводил измерение дважды, заставляя нервное возбуждение пробегать различные по длине участки нерва при одной и той же мышце. Скорость определялась по разнице времен, чем исключалось влияние внутримышечных процессов.
<…>
Свой прибор для записи сокращения мышц Гельмгольц назвал миографом. Миограф состоял из вращающегося закопченного цилиндра, по которому скользит игла, связанная с исследуемой мышцей. Пока мышца спокойна, игла описывает прямую, при сокращении мышцы игла поднимается. Максимум получаемой кривой принимается за меру сокращения мышцы. Особое приспособление позволяло нанести на цилиндр черту, соответствующую началу раздражения нерва. По расстоянию между этой чертой и началом подъема кривой можно определить время, если известна угловая скорость вращения цилиндра. Впоследствии миограф Гельмгольца был несколько упрощен Флюгером, использовавшим его для широких электрофизиологических исследований.
На основании своих опытов Гельмгольц пришел к выводу, что скорость распространения раздражения зависит от физиологических условий, в которых находится нерв, и составляет при температурах 11 – 21°C для нерва лягушки в среднем 26,4 м/сек. При охлаждении скорость падает; в этом же направлении действуют усталость и отравление животного ядом кураре. Одновременно ему удалось установить, что между моментом раздражения мышцы и ее сокращением проводит примерно 0,01 сек в течение этого времени в мышце происходят определенные реакции, вырабатывающие вещества, которые и вызывают сокращение.
Гельмгольц пытался определить величину этой скорости и для нервов живого человека. При этом ток, проходящий через гальванометр, одновременно вызывал раздражения кожи экспериментатора. Почувствовав раздражение, человек должен был мгновенно прервать ток. Весь промежуток времени соответствовал прохождению раздражения по чувствующему нерву от кожи в соответствующий центр мозга, а оттуда по всему двигательному нерву. Реакция человека исключалась двукратным измерением с различными по длине участками первого нерва. Для человека получались скорости примерно 80 м/сек, но эти данные были значительно менее точны данных для вырезанного нерва лягушки.
Уже в январе 1850 г. Гельмгольц послал Дюбуа для физического общества краткую заметку о своих результатах. Такую же заметку он послал А. Гумбольдту с просьбой переслать ее секретарю Парижской Академии наук Ф. Араго для опубликования в «отчетах» Академии. Но заметка была настолько сжатой, что Гумбольдт отказался ее переслать в Париж, хотя результаты и произвели на него благоприятное впечатление. Дюбуа ответил: «Твоя работа, я это говорю с большой гордостью и печалью, здесь в Берлине понята и оценена только мною. Ты представил все дело так беспримерно туманно (не понимай это в дурном смысле), что твое краткое сообщение годится только для того, чтобы по нему снова найти метод. Следствием этого было то обстоятельство, что Мюллер твоего метода не уразумел, и академики после его доклада представили, что ты не сумел исключить время, необходимое для развития процесса в самой мышце. Я должен был все объяснить поочередно Дове, Магнусу и наконец самому Мюллеру. В обществе (физическом) я по крайней мере докладывал сам, и это затруднение было устранено... Так как расположение опытов, которое имеется у тебя, исключительно благоприятно, сделай мне удовольствие и будь при этом последовательным».
Гельмгольц учел советы друга и написал более подробную статью, которая была опубликована как в Берлине, так и в Париже. <…>
Созданные приборы давали возможность Гельмгольцу продолжать исследования по анализу мышечной деятельности, но тут он не последовал совету Дюбуа и вскоре занялся совершенно другими проблемами. Ему хотелось испытать свои силы в вопросах, стоящих ближе к физике. В июле 1850 г. у Гельмгольца родилась дочь Катерина, через год — сын Рихард. Благополучно складывались и внешние обстоятельства, но напряженная работа дала о себе знать: у Гельмгольца появились головные боли, которые он часто знавал и впоследствии, — своеобразный «индикатор» умственного напряжения. Гельмгольц вместе с Кирхгофом поехал к морю.
В декабре 1850 г. в Физико-химическом обществе Кенигсберга он сделал доклад «О методах измерения малых промежутков времени и их применении для физиологических целей». Создается впечатление, что именно разработку методов точного измерения времени он считал наиболее важным результатом своих работ.
Трудно что-нибудь определенное сказать о его успехах на педагогическом поприще. В первом году на его курсы записалось семь человек, из которых «в зависимости от погоды», как он сам выражается в одном из писем, посещали трое или пятеро. Воспоминания его студентов противоречивы: одни считали его прекрасным лектором, другие не в состоянии были следить за его мыслями. Характер лекций по мере становления лектора, как ученого, постепенно менялся. В кенигсбергский период Гельмгольц тщательно готовился к лекциям, уделяя особое внимание лекционным демонстрациям. «Случайным» результатом такой подготовки было открытие Гельмгольцем в конце 1850 г. глазного зеркала (офтальмоскопа) — прибора, предназначенного для исследования дна живого глаза. <…>
Вопрос, который занимал Брюкке и в связи с которым Гельмгольц изобрел офтальмоскоп, имел длинную историю. Еще в начале века врачи Зак и Михелис опубликовали сообщения, где утверждали, что глаз способен испускать целые пучки лучей. Михелис даже писал, что эти лучи способны освещать комнату и дают возможность читать мелкий шрифт. В 20-х годах Эссен и И. Мюллер опровергли эти фантастические домыслы и доказали, что в абсолютной темноте даже глаза кошки не светятся. В 1846 г. Кумминг, а в следующем году Брюкке показали способ наблюдения фосфоресценции глаза; стало ясно, что при определенных условиях глаз светится. Но только изобретение офтальмоскопа дало возможность изучить явление во всех подробностях. <…>
Приверженцы старой физиологии увидели в новом приборе очередное посягательство на методы и идеи, на которых они воспитывались сами. С тем большим восторгом приняли на вооружение новинку ученые нового поколения. Первым, кто по достоинству оценил офтальмоскоп и ввел его в клиническую практику, был Альбрехт Грефе. Сын знаменитого хирурга, рано заинтересовавшийся естественными науками и получивший широкое общемедицинское образование, он решил посвятить себя офтальмологии и в 1850 г. открыл в Берлине первую специализированную глазную клинику. В 1853 г. он стал доцентом, в 1857 г.— профессором. Его по праву называют основателем новой офтальмологии. <…> Офтальмоскоп очень быстро получил широкое распространение не только в Германии, но и в Голландии, Франции, Англии Уже в 1852 г первый офтальмоскоп появился в России. Его привез для Киевского университета профессор X. Я. Гюббенет, под руководством которого в Киеве были организованы специальные офтальмоскопические курсы <…>
Гельмгольц не ограничился изобретением офтальмоскопа, который, будучи очень сильным оружием в руках врача и физиолога, не мог удовлетворить исследователя оптико-физиологических явлений, так как не давал возможности установить количественные изменения. Для определения величины изображений, отражаемых различными частями глаза, Гельмгольц изобрел офтальмометр. Но это произошло в 1858 г. и относится к другому периоду его жизни. <…>
Во время осенних каникул 1851 г. Гельмгольц совершил большое путешествие по Германии, Франции, Италии, Швейцарии и Австрии Главная цель путешествия — ознакомление с физиологическими лабораториями. Вначале он заехал в Потсдам к родителям, затем через Галле, где побывал у профессора Гейнца, и Кассель направился в Геттинген. Здесь он встречался с рядом крупных ученых: физиологом Вагнером, физиком В. Вебером, математиком и физиком И. Б. Листингом. Вебер — один из семи геттингенских изгнанников (они были уволены в 1837 г из Геттингенского университета за политические взгляды) был крупнейшим, после Ф. Неймана, немецким физиком; ему принадлежат работы по теории волн, механике, магнетизму, но особенно прославили его имя теоретические исследования по электродинамике. Он много работал с Гауссом, с которым установил абсолютную систему электрических единиц. Вебер показал Гельмгольцу ряд очень интересных приборов, хотя и отнесся к нему несколько холоднее, чем его брат Э. Вебер, известный лейпцигский физиолог и анатом.
Содержательные беседы были у Гельмгольца и с Листингом, математиком, который занимался топологией (само название этой науки введено им), а также интересовался проблемами теоретической оптики.
Из Геттингена Гельмгольц направился в Марбург, где встретился с физиком К. Кноблаухом и физиологом Нассе, затем — в Гиссен, где хотел познакомиться с «королем химиков» — Либихом. Лаборатория Либиха его несколько разочаровала, а самого ученого он не застал. Посетив затем Гейдельберг, он пересек Рейн и оказался во Франции, а потом выехал в Цюрих, где в то время работал Людвиг, которого Гельмгольц очень ценил. Закончив деловую часть путешествия, Гельмгольц посетил живописные места горной Швейцарии, которые покорили его. <…>
Широкое признание работ Гельмгольца по физиологии в научных кругах позволило факультету представить его на получение звания ординарного профессора. В конце 1851 г. он был утвержден в этой должности.
|
|