Начало начал

Есть множество людей, которых не интересуют ни математика, ни физика; не меньше и таких, кто ни разу не дал себе труда понять смысл астрономии, химии, лингвистики, генетики. Но даже самый нелюбопытный человек не остается равнодушным, когда заходит речь о далеком прошлом или далеком будущем нашей планеты. К этому никто не относится с безразличием. И седая старина, и самое отдаленное будущее всегда интересны нам. Мы часто говорим о них - и школьники, и рабочие, и писатели, и ученые. О прошлом и особенно о будущем пытаются рассказывать писатели-фантасты. Мы знаем, что некоторые прогнозы, сделанные теми, кто жил до нас, сбылись. Но предсказания сбываются очень редко, как бы ни были они правдоподобны и логичны. И мы понимаем, что так и должно быть, ибо будущее - нечто несвершенное, достоверно узнать о нем мы можем лишь тогда, когда оно превращается в настоящее. Строя прогнозы, мы никогда не можем быть полностью уверены в их осуществлении; мы можем только с некоторой степенью вероятности говорить о развитии того, что уже зародилось и в дальнейшем будет лишь совершенствоваться или, наоборот, отмирать. Предсказывать появление чего-то абсолютно нового, какое-то событие, не имеющее корней в настоящем, предсказывать судьбы людей мы не можем.

Не зная всех причин, нельзя найти следствие. Мы отлично понимаем это и не требуем многого от тех, кто берется фантазировать о будущем. Мы благодарны за любой увлекательный и правдоподобный рассказ, потому что он всегда будит в нас интересные мысли. Словом, к рассказам о будущем мы относимся так же, как ко всякой мечте. Хорошо, коли мечты сбываются. Но если не сбываются, винить некого. На то они и мечты, чтобы редко сбываться. Если бы все мечты сбывались, жить было бы ничуть не веселей, чем по заранее составленному расписанию.

Зато когда неверен и неточен рассказ о далеком прошлом, мы всегда испытываем досаду. Нам обидно, если невозможно узнать полную правду о том, что действительно было. Но узнать всю правду о прошлом, особенно о далеком, почти так же невозможно, как и о будущем. История древности и даже не столь отдаленных времен полна пробелов, неясностей и противоречий. Время и сами люди основательно потрудились над тем, чтобы изгладить из памяти поколений многие события, названия племен и народов, их быт, достижения и идеи. К счастью немало из того, что еще совсем недавно казалось утраченным навеки, ныне стало известно науке. Но восстановить всё полностью не удастся никогда.

И очень жаль! Потому что история - одна из немногих наук, которая позволяет человечеству взглянуть на себя как бы со стороны и понять, что же такое человек, к чему он стремится, что делает его столь слабым и в то же время столь сильным и разумным.

Но история рассказывает не только о человеке, она знакомит с жизнью порожденных человечеством идей. Она помогает проследить и изучить развитие наук, глубже постигнуть их сущность, понять основу основ наук и благодаря этому двигаться дальше.

Сейчас вы прочитаете короткий рассказ о событиях далекой древности, которые имели очень печальные последствия для науки. Они сказываются даже по сей день, потому что мы не можем составить достаточно ясного представления ни о науке древних, ни о знаниях, которыми они овладели. Если бы эти события не произошли или хотя бы имели более счастливый исход, развитие науки не приостановилось бы на несколько веков и Колумбу, быть может, не потребовалось открывать Америку, а мы победили бы уже наиболее опасные болезни, овладели бы секретом управляемой термоядерной реакции, колонизировали бы Луну, Венеру, Марс.

Две тысячи триста лет назад в западной части дельты Нила, на берегу Средиземного моря, Александр Македонский основал один из самых замечательных и прекрасных городов древнего мира - Александрию. Здесь, в этом городе, ставшем столицей египетского государства, чудесным образом соединились и сплавились воедино культуры древних Эллады, Египта, Иудеи, Индии и Рима. Александрия стала центром новой эллинистической культуры. Этот город на весь древний мир славился своей торговлей, ремеслами, искусствами и наукой.

По морю и по суше отправлялись из Александрии прекрасные ткани, металлы, выделанные кожи, бумага древности - папирус, еще непривычная людям стеклянная посуда, резные камни - драгоценные камеи^*. Александрия была одним из главных центров торговли и крупнейшим портом. Сюда, в Александрию, шли караваны с сокровищами Персии и Индии, приплывали по Нилу ладьи, груженные дарами Африки, а по Средиземному морю шли корабли из Греции и Рима.

^* (Одна из самых замечательных камей - портрет Птолемея II и Арсинои, вырезанный в многослойном сардониксе, хранится в витрине одного из залов Эрмитажа. Это так называемая "Камея дома Гонзага". Если бы кто-нибудь сумел написать всю двухтысячелетнюю историю этого драгоценнейшего произведения искусства, она читалась бы как самый увлекательный роман.)

В конце прошлой и в начале нашей эры Александрия была процветающим оживленным городом: на ее улицах слышалась разноязыкая речь, пестрели одежды иноземных купцов и послов. Прекрасно распланированные кварталы, храмы, дворцы, бани и парки, порт, в котором сотни кораблей выгружали и погружали товары, было лучше всего наблюдать с Фаросского маяка - высочайшего сооружения древности, одного из семи чудес света. Величественная башня, воздвигнутая на острове Фарос, вздымалась на стометровую высоту, указывая путь мореплавателям.

Но не только торговлей, ремеслами и маяком славилась Александрия. Одним из украшений ее была наука. К семи признанным чудесам света можно было бы прибавить еще два: Мусейон - первую в мире академию наук и Александрийскую библиотеку. Отовсюду приезжали в Александрию ученые, они стремились попасть в Мусейон набраться александрийской учености. И сами обогащали своими знаниями александрийцев.

Тем, кто занимался науками в Мусейоне, выдавалось государственное содержание, их освобождали от уплаты податей. Мусейон был подлинной столицей науки всего эллинистического мира. Среди александрийских ученых был знаменитый Эратосфен - человек поистине универсальных знаний; он изучал историю, географию, математику, физику, был замечательным астрономом. Не покидая города, он сумел очень точно вычислить длину окружности земного шара. По его расчетам, она оказалась равной 39 700 километрам. Эти вычисления Эратосфен сделал, измерив изменения длины солнечной тени. Здесь же, в Александрии, жил и творил отец геометрии - Эвклид.

Успехи школы александрийских ученых огромны. Но мы понимаем, что даже самые малые достижения не появляются на пустом месте. Мудрость Эратосфена, Эвклида и других ученых не родилась из ничего. Прежде чем сделать новый шаг, открыть новое, они должны были изучить то, что было открыто и познано до них. Только опираясь на старое, можно шагнуть в новое.

Одна и, пожалуй, важнейшая причина успеха александрийской школы была в том, что в распоряжении ученых находилась величайшая библиотека древности. В лучшие времена в ней хранилось до семисот тысяч рукописных книг и свитков Греции, Египта, Рима, Индии и других стран Востока.

Но мы никогда точно не узнаем, как велик был шаг, сделанный в науке Эратосфеном; много ли нового, неведомого прежде, содержали "Элементы" Эвклида; мы никогда точно не узнаем и многого другого, потому что одно из самых величайших сокровищ древнего мира - собрание Александрийской библиотеки было полностью уничтожено.

Впервые библиотека серьезно пострадала, когда в Александрию вошли войска Цезаря - в тот год множество книг погибло в огне. Однако вскоре Марк Антоний подарил Клеопатре Пергамскую библиотеку, и Александрийская библиотека пополнилась новым замечательным собранием манускриптов. Спустя долгое время в Александрии вспыхнуло восстание, и снова погибла часть собрания. Но вторая половина, хранившаяся в Серапионе, храме Юпитера-Сераписа, уцелела. Но и Серапиону суждено было погибнуть. Его разрушила толпа фанатиков-христиан, предводительствуемых патриархом Феофилом. И все-таки собрание книг было так велико, что даже фанатичной толпе не удалось уничтожить все. Черное дело довершили арабские завоеватели Александрии. По преданию, калиф Омар приказал топить манускриптами публичные бани - все книги, кроме Корана, считались тогда вредными.

Ученым эпохи Возрождения пришлось начинать почти все сначала. Из-за утраты Александрийской библиотеки развитие науки задержалось на много лет. Гибель библиотеки, разумеется, не могла привести к полному уничтожению знаний, накопленных в древности. Многое пережило тысячелетия. До нас дошли некоторые книги, мы знаем и ученых, предшественников александрийской школы, многое сохранилось в сочинениях ученых, так или иначе пользовавшихся безвозвратно утраченными манускриптами. До нас дошли труды Эвклида, время пощадило их; и мы знаем, что великий геометр занимался не только математикой, но и прилежно изучал устройство глаза. До нас дошли многочисленные труды Клавдия Галена, написанные через четыре века после Эвклида.

Гален родился в Пергаме и долгое время жил в Александрии. Здесь он изучал науки и медицину, а потом переселился в Рим, где прославился своим умением исцелять больных.

Сочинения Галена вплоть до эпохи Возрождения свято чтились врачами и учеными. И хотя в его трудах наряду с правильными мыслями и фактами мы найдем множество ошибок, нелепицы и суеверия, в древности Галена признавали непререкаемым авторитетом. Противоречить Галену считалось величайшей научной ересью, и в конце концов учение Галена стало главным тормозом в развитии медицины средних веков. Итальянские ученые сумели сбросить иго галеновского учения и пойти правильным путем. Зато благодаря тому, что труды Галена столь высоко ценились арабскими и европейскими учеными, они пережили века, и мы, хотя бы приблизительно, можем судить о том, что было известно в области медицины в те далекие времена, когда завоеватели еще не разрушили прекрасного города в нильской дельте, а Средиземное море не поглотило руин, которые и сейчас еще видны в спокойную погоду у берегов современной Александрии.

Нынешнему врачу нечему учиться у Галена, но для историка науки труды Галена и по сей день служат сокровищницей знаний. Из них он многое узнает о том, что было известно ученым во времена Галена, и хотя бы часть того, о чем вообще знали александрийские и римские ученые. Так, сочинения Галена помогли узнать, насколько успешны были попытки древних разобраться в устройстве глаза.

Ученые древности уже кое-что знали о глазе. Но хотя они и не сомневались, что близки к истине (вечное заблуждение людей всех времен), и александрийские ученые, и Гален, и те, кто изучал глаз после него, совершенно не понимали принципов работы глаза.

Вот пример этому.

Они более или менее логично объясняли, как мы видим. Но объяснение было чисто умозрительным, оно не было основано на фактах, на экспериментах. И поэтому ученые не могли постигнуть одного: как изображения больших предметов проходят через очень маленькое отверстие зрачка, как они вообще могут поместиться в глазу?

Не правда ли - странный вопрос! Человеку, мало-мальски знакомому с оптикой, он покажется просто безграмотным. Но не стоит осуждать древних ученых. Ведь оптики, этой основы основ физики, не существовало в те далекие времена. Правда, грек Аристотель (384-322 гг. до нашей эры) уже изучал явление преломления света, александриец Эвклид знал о законе отражения света, а знаменитый астроном Птолемей даже измерял углы падения и преломления света. Сохранилось также предание о том, что греки изготовляли вогнутые зажигательные зеркала. Но несмотря на отдельные успехи, оптики, как науки, не существовало. И потому вопрос, как могут пройти сквозь маленький зрачок изображения гор, зданий, облаков, деревьев, людей, не был ни странным, ни праздным. Задавая его, древние смотрели в корень - не зная на него ответа, нельзя было понять работу глаза.

После гибели Рима и Александрии наука возродилась в арабском мире. Среди многих замечательных арабских ученых был и ученый по имени Ибн аль Хаитам. Более девятисот лет назад он написал исследование, посвященное оптике. На протяжении четырех веков оно считалось самым полным и лучшим.

Ибн аль Хайтам подробно изучал строение глаза. Он хорошо знал то, что теперь принято называть оптической частью глаза, что мы часто уподобляем фотоаппарату и что на самом деле явилось отправной точкой для изобретения фотоаппарата.

Чтобы лучше оценить вклад арабского ученого в науку о глазе и зрении, познакомимся и мы с оптической частью глаза - белого, точно из лучшего глазурованного фарфора, шарика диаметром 24 миллиметра, спрятанного в глазной впадине черепа и надежно укрытого веками.

Наружная оболочка глаза, напоминающая видом фарфор, называется склерой. В передней части она изменяется по форме - становится более выпуклой - и одновременно из белой, не пропускающей свет оболочки превращается в прозрачную роговицу. Роговица не просто окно, через которое свет попадает в глаз; роговица - главная собирающая линза глаза.

Внутреннюю поверхность склеры (на сторонах, противоположных роговице) выстилает разветвленная сеть мельчайших кровеносных сосудов. В области роговицы этот слой переходит в радужную оболочку, в центре которой находится черное круглое отверстие - зрачок^*.

^* (Зрачок не у всех животных круглый. У дельфинов, например, при ярком свете он имеет форму латинской буквы U. А какая форма зрачка у кошки, у козы?)

Мы говорим: голубые глаза, синие, серые, зеленые, карие. Такие названия мы даем по цвету радужной оболочки - красы человеческого глаза. Точно самоцвет, переливается она, и даже ученые не устояли перед ее великолепием, называя ее ласково и поэтически: радужка.

Однако радужка предназначена не только для украшения глаз человеческих (хотя природа, быть может, не упускала из виду и такой цели). Радужка помогает глазу приспосабливаться к изменениям освещенности. На ярком свету зрачок уменьшается до 2 миллиметров, а в темноте расширяется до 8 миллиметров. Благодаря радужке количество света, попадающего в глаз, изменяется в 16 раз.

Сразу же за радужкой помещается хрусталик - вторая собирающая линза глаза. Пространство между роговицей и хрусталиком заполнено особой прозрачной жидкостью - камерной влагой. Предполагают, что она образуется в результате очень тонкой фильтрации крови. Хрусталик находится в прозрачной капсуле, которую кольцом охватывает специальная мышца, называемая реснитчатым телом. Замечательной особенностью хрусталика является то, что эта линза, напоминающая формой чечевицу, упруга и может менять кривизну поверхностей, то есть менять фокусное расстояние. Формой хрусталика управляет реснитчатое тело. Если оно расслаблено, поверхности хрусталика имеют наименьшую кривизну, а фокусное расстояние при этом становится наибольшим. Если реснитчатое тело сокращается, выпуклость поверхностей хрусталика увеличивается, а фокусное расстояние уменьшается.

Хрусталик не однороден. Его строение довольно сложно. Он, подобно игрушечной матрешке, собран из нескольких вложенных одна в другую чечевичек. Оптические свойства каждой из них тоже неодинаковы: внутренние преломляют световые лучи сильнее чем внешние.

Устройство глаза

Роговица и хрусталик совместно представляют собой оптическую систему глаза, они играют ту же роль, что и объектив фотоаппарата, киноаппарата или передающей телевизионной камеры. Роговица и хрусталик направляют лучи света на сетчатку, выстилающую глазное дно поверх сосудистой оболочки. Сетчатка и есть тот орган, который воспринимает свет и преобразует его в сигналы, поступающие в мозг по зрительному нерву. Но о сетчатке речь впереди, а сейчас возвратимся к оставленному нами Ибн аль Хайтаму.

Этот ученый первым в мире сумел объяснить, почему изображения предметов, как бы ни были велики сами предметы, попадают в глаз через маленький зрачок и умещаются там.

Чтобы найти ключ к этой тысячелетней загадке, Ибн аль Хайтам провел опыт с камерой-обскурой^*, что в переводе с итальянского означает: темная комната или затемненная комната. Вот такой затемненной комнатой, свет в которую попадал через маленькое отверстие в ставне окна, и воспользовался арабский ученый. Он проводил опыт ночью. Снаружи, за стеной, он расставил и зажег несколько светильников и, войдя в камеру-обскуру, наблюдал на стене, противоположной отверстию, нарисованные светом опрокинутые и уменьшенные изображения.

^* ( Кто изобрел камеру-обскуру, неизвестно. Впервые она упоминается в сочинениях Ибн аль Хайтама, но он пишет о ней как об известном уже устройстве.)

Опыт убедил Ибн аль Хайтама, что свет от каждого предмета движется по прямым линиям, что пучки света проходят даже через малое отверстие, не смешиваясь друг с другом, и снова расходятся. Изображения в камере-обскуре наблюдали, видимо, и до Ибн аль Хайтама, но никто до него не сумел сделать правильного вывода из наблюдений. Ибн аль Хайтам первым пришел к мысли, что и в глазу изображения образуются подобным образом, что они помещаются на сетчатке благодаря значительному уменьшению.

Но Ибн аль Хайтам сделал и другой очень важный вывод. Он пришел к мысли, что лучи света можно уподоблять отрезкам прямых линий и благодаря этому пользоваться геометрическими построениями. Применив геометрию, Хайтам показал, как могут проходить сквозь зрачок, сквозь маленькое отверстие в ставне окна изображения больших предметов. Однако правильно объяснить работу хрусталика не смог и он. И не потому, что Ибн аль Хайтаму не хватало геометрических знаний. Причина кроется в другом. Отыскав ключ к первой загадке, Ибн аль Хайтам тотчас столкнулся с другой, казавшейся в те далекие времена еще более непостижимой. Ее объяснили лишь недавно. Этой загадкой было перевернутое изображение. Как и все люди, Хайтам верил своим органам чувств; как и все настоящие ученые, он верил эксперименту, опыту больше, чем самому себе. А чувства, опыт говорили лишь одно: небо видно там, где ему и быть надлежит, земля - под ногами; то, что видно слева, находится слева, а то, что справа, и есть справа. И Хайтам не мог даже помыслить, что в глазу действительно образуется опрокинутое изображение, не мог представить себе, что мы видим мир в правильном положении не благодаря хрусталику, а благодаря мозгу.

Опрокинутое изображение

Заблуждение арабского ученого вполне можно извинить, ведь и через много веков после его смерти люди не в состоянии были понять, почему мы правильно видим мир. Но, как ни извинительна ошибка Ибн аль Хайтама, она сбила его с правильного пути. Предубеждение оказалось сильнее геометрии и опыта с камерой-обскурой - Ибн аль Хаитам пользовался геометрическими построениями лишь для доказательства того, что в глазу образуется неперевернутое изображение. Вот почему он не сумел правильно объяснить работу хрусталика.

Первым, кто не устрашился взглянуть на факты без предубеждения, был знаменитый немецкий астроном Иоганн Кеплер (1571-1630). Он правильно объяснил работу хрусталика^*. Правда, этому способствовало очень важное обстоятельство: к тому времени, когда Кеплер заинтересовался глазом, были достигнуты новые успехи в изучении анатомии глаза и в Германии была высказана идея, что воспринимает изображения сетчатка, а не хрусталик, как считалось раньше. Вскоре рассуждения Кеплера были подтверждены опытом. Естествоиспытатели впервые провели опыт непосредственно на глазе. Взяв глаз животного, они срезали заднюю часть глазного яблока и воочию убедились в том, что изображение, создаваемое роговицей и хрусталиком, перевернуто.

^* (Недавно в одном из журналов я прочитал, что независимо от Кеплера и даже несколько раньше него к мысли, что изображение в глазу действительно перевернуто, пришел итальянец Франческо Мауролико.)

Вы, вероятно, знаете, зачем нужно изменять кривизну хрусталика. Именно возможность изменять ее позволяет нам одинаково резко и четко видеть буквы в книге, лежащей на расстоянии в четверти метра от глаз, и Луну, до которой почти четыреста тысяч километров. Способность глаза наводиться на резкость неодинакова у различных животных. В этом глаз человека и глаза его ближайших родственников - человекообразных обезьян, значительно превосходят глаза других животных. Кроме того, хрусталик не у всех животных может изменять кривизну поверхностей: так, у рыб хрусталик шарообразный, и наводка на резкость осуществляется не изменением его формы, а перемещением хрусталика, как и в фотоаппарате, взад и вперед вдоль оптической оси глаза.

Изучение глаза издавна подсказывало людям великие научные и инженерные идеи. В первую очередь оно привело к изобретению линзы и натолкнуло на применение геометрии в оптике. Линза и методы геометрических построений явились началом начал оптики. А оптика положила начало современной физике, астрономии, биологии и, следовательно, всей современной науке. Линза и геометрическая оптика позволили создать и совершенствовать телескопы и тем самым дали возможность Кеплеру установить законы движения планет, а Ньютону - основные законы механики и сформулировать взгляды на природу света. О том, что дал науке и практике другой замечательный оптический инструмент - микроскоп, вы отлично знаете.

Итак, глаз подсказал инженерам идею одного из величайших изобретений - линзы. Казалось бы, этого и довольно. Однако изучение глаза далеко не закончено, и можно не сомневаться, что оно принесет много нового не только науке, но и технике. Даже, казалось бы, полностью изученная оптическая система глаза может натолкнуть инженеров на создание новых полезных устройств.