Но независимо от уровня образования все мы восхищаемся тем огромным трудом, что проделал Мастер, и жалеем о том, что его книга по анатомии так и не была написана. Кто знает, как бы развивались анатомия и медицинская наука в целом, если бы этот гигантский труд был завершен.
Леонардо подсказывает новый план операции хирургу в XXI веке
Мы почти наверняка можем сказать, что современные ученые еще не раз вдохновятся на новые открытия, изучая рукописи Леонардо. И это не преувеличение, не красивый образ.
Пример такого открытия – работа британского хирурга-кардиолога, который разработал новый способ лечения пролапса (выпадания) митрального клапана сердца, изучая анатомические рисунки да Винчи.
Газета «Таймс» пишет, что в 2005 году британский хирург Фрэнсис Уэлсимено благодаря записям Леонардо придумал, как улучшить эту сложнейшую операцию на сердце. Именно благодаря рисункам Мастера хирург обратил внимание на фазу открытия митрального клапана. Новый способ помогает пациентам полностью восстановиться после операции, тогда как прежде хирургам приходилось уменьшать проток крови через клапан. Это приводило к тому, что после операции люди страдали от одышки. Так внимательный взгляд Леонардо через пять веков помог сделать открытие нашему современнику.
Леонардо – картограф и геолог
Леонардо первым стал рисовать карты так, как это делают сейчас: изображая низины зеленым цветом, возвышенности и горы – коричневым, меняя оттенок в зависимости от высоты. Некоторые карты сделаны столь точно, и изображения на них так достоверны, что у некоторых исследователей закрадывается подозрение – не удалось ли Мастеру создать летательный аппарат, подняться на нем в воздух и обозреть окрестности с высоты птичьего полета. А осмотрев все и запомнив – как это умел только Леонардо, – нарисовать потом подробные карты. Однако идея эта фантастическая, не более того. Скорее всего, Мастер обладал столь уникальным пространственным воображением, что, находясь в долине у подножия холма, мог представить себе и эту долину, и горы вокруг, как если бы глядел на них сверху подобно птице.
Леонардо да Винчи. План Имолы. Перо, чернила, акварель. Королевская библиотека Виндзорского замка
Сохранилась сделанная им карта района между Пизой и Флоренцией. Это часть подготовительных работ для постройки канала, чьи детальные рисунки также уцелели. Небольшой участок канала был построен – единственный проект Леонардо такого рода, воплощенный при жизни Мастера. Для ускорения земляных работ Леонардо придумал некое подобие экскаватора – эта машина описана в соответствующей главе.
Подготавливая материалы для строительства каналов, Леонардо предложил принцип распознавания времени образования земных слоев. Он объяснил происхождение окаменелостей в осадочных породах, которые люди находили на вершинах гор, подъемом суши из моря. Именно эти процессы постоянно меняют рельеф поверхности Земли. Леонардо также сделал вывод, что Земля гораздо старше, чем было вычислено по Библии.
Астрономия Леонардо
Записи о наблюдениях за Луной относятся к 1508 году. Леонардо объяснил, почему растущая Луна видна вечером целиком, и при этом ее большая часть имеет сероватый оттенок. Также он показал, что в это время Луна светится отраженным светом Земли. О последнем ученые догадывались еще в Античности – об этом упоминает античный автор II века Лукиан Самосатский в своем рассказе о фантастическом полете на Луну. Однако наиболее распространенным было мнение, будто спутник Земли светится сам. Леонардо первым доказал его ошибочность.
Леонардо да Винчи. Диаграмма освещения Земли и Луны. Чернила, сепия, линованная бумага. Лестерский кодекс
В Лестерском кодексе можно найти такую запись: «Некоторые полагали, что Луна имеет некоторое количество собственного света. Такое мнение ложно, ибо основали его на той светлоте, которая видна между рогами растущей Луны… Такая светлота порождается в это время от нашего Океана и внутренних морей, которые освещаются уже зашедшим Солнцем».
На другой странице Лестерского кодекса Мастер рисует диаграммы. На одной показывает, почему свет Луны менее ярок, чем свет Солнца, на другой – изображает отражение лучей от Земли и Луны. Из схемы ясно, что лучи света не пересекаются друг с другом.
Иногда, чтобы понять такие очевидные теперь для нас вещи, требовалось воистину научное озарение.
Оптика Леонардо
Леонардо проводил исследования распределения света как от одного источника, так и от нескольких.
На одном из рисунков да Винчи нарисовал шар, освещенный светом из окна. Мастер показал, как идущие из окна лучи освещают поверхность сферы. Он определил четыре степени интенсивности первоначальных теней на шаре и нарисовал различные по интенсивности тени, которые он отбрасывает.
Леонардо да Винчи. Рисунок лучей, идущих из окна и падающих на шар. Распределение светотени
Леонардо производил эксперименты, рассматривая освещение и тени как от окна, так и от точечного источника света – свечи. При этом Мастер исследует, как меняются тени, если добавлять новые источники точечного света, зажигая свечи одну за другой. Он двигает свечи и фиксирует, как передвигаются вслед за ними отбрасываемые тени.
Он сравнивает эффект прямого солнечного света и света рассеянного – Леонардо именует его «всесторонним светом неба».
Как всегда, исследование начинает увлекать его само по себе, независимо от того, какую цель он ставил в начале.
Оптика интересовала Леонардо не только как живописца, но и как инженера. В мастерской Вероккио в свое время изготавливались параболические зеркала для сварки металла. (А вы думали, что сварочный аппарат – примета наших дней? Как бы не так.) В рисунках Леонардо сохранился чертеж машины для шлифовки зеркал.
Леонардо рисует схему лучей, отраженных от поверхности зеркал. При этом показывает, что лучи, отраженные от поверхности параболического зеркала, сойдутся в одной точке. Именно поэтому параболическое зеркало и является – «огненным».
«Трактат о природе птиц». И записи еще о многом другом…
Кроме описанных выше, Леонардо вел геологические и палеонтологические исследования. Он опроверг общепризнанную доктрину церкви о Всемирном потопе. Согласно ей вся земля была покрыта водой, и только одна вершина поднималась над поверхностью земли (почему-то Арарат, а не Эверест, к слову).
Он занимался геологией и заявил, что формы земной поверхности – результат процессов, которые происходят в течение долгого времени. Он высказал гипотезу о волновой природе света. Он открыл, что возраст дерева можно определить по количеству годичных колец на поперечном срезе ствола. Он исследовал порядок расположения листьев на ветке и ветвей на дереве и сделал первое описание законов филлотаксиса, управляющих расположением листьев на стебле. Создал первое описание законов гелиотропизма и геотропизма, то есть составил описание влияния Солнца и гравитации на растения.
Его зарисовки растений и по сей день могут служить иллюстрациями учебника по ботанике.
Он много экспериментировал с камерой-обскурой[44]. Возможно даже, делал с ее помощью зарисовки. Известно, что голландский мастер бытовой живописи и жанрового портрета Ян Вермеер Дельфтский в XVII веке писал пейзажи, пользуясь изображением на стенке камеры-обскуры. Как видите, художники всегда мечтали упростить свою работу, но фотошопа в те дни не было…
Леонардо да Винчи. Страница из «Кодекса о полете птиц». Пример работы Леонардо, когда на одном листе следуют записи и многочисленные рисунки
Леонардо оставил множество рисунков животных. Особенно знаменит «Кодекс о полете птиц»[45]. «Кодекс о полете птиц» составлен Леонардо в 1505 году, сейчас находится в Королевской библиотеке Турина. Состоит он из 18 листов размером 21 х 15 сантиметров и содержит описания полета птиц и чертежи летательных аппаратов, созданных Леонардо. В этой книге Мастер впервые отметил, что центр массы летящей птицы не совпадает с центром давления. Вазари пишет, что Леонардо покупал на базаре птиц, а потом уходил за город, чтобы выпустить их на волю. Вазари объяснял это любовью маэстро ко всему живому. «Птица – действующий по математическим законам инструмент, сделать который в человеческой власти… Чтобы дать истинную науку о движении птиц в воздухе, необходимо дать сначала науку о ветре…» – приходит к такому выводу Леонардо. Он исписал сотни листов, делая необходимые заметки о воздухе, о ветре, о строении крыльев, о поведении птиц в ту или иную погоду. Причем объектом его внимания были не только птицы, но и насекомые. «Чтобы увидеть летание четырьмя крыльями, пойди во рвы Миланской крепости и увидишь черных стрекоз».
Часть пятая
Удивительная жизнь изобретателя Леонардо
Кое-что о теории и о Мастере
В этой последней части нашей книги мы не только расскажем об открытиях Леонардо, но и попробуем проследить, как воплотились в конце концов те идеи, которые так интересовали Мастера на протяжении всей жизни. К сожалению, лишь немногие изобретения Леонардо нашли воплощение в его время.
Уникальность да Винчи состоит в том, что он был одновременно художником и скульптором, ученым и инженером. Нет второго такого человека, одаренного столь разносторонне. Он зарисовывал явления природы, как будто их описывал. Зачастую он не формулирует законы – он их изображает. Кто еще кроме Леонардо смог бы так художественно изобразить зубчатые колеса и сборочный чертеж!
И если его заслуг как художника никто не пытается оспорить (ну или почти никто) и оценки искусствоведов относительно его вклада в развитие живописи в большинстве своем сходятся, то совсем иначе обстоит с оценкой роли Леонардо-ученого и Леонардо-изобретателя. Тут порой слышны мнения совершенно противоположные.
Реконструкция механического льва, созданного Леонардо да Винчи по заказу папы Льва X для французского короля Франциска I
Одни заявляют, что он изобрел все на свете, другие – будто он вообще ничего не изобретал, а, будучи человеком чрезвычайно любопытным, просто ходил и зарисовывал чужие механизмы, и теперь все считают, что это механизмы Леонардо. Да, в его записных книжках немало зарисовок уже известных машин – причем зачастую известных очень давно. Например – измеритель пути. Или катапульта. Или осадная башня для крепостных стен. Но Леонардо не просто зарисовывает подобные машины, он пытается их усовершенствовать, добавить что-то новое. И, раздумывая над усовершенствованием уже работающих машин, постоянно ищет новое. Он изобрел и сконструировал множество машин и механизмов, которые порой на столетия опережали его эпоху – подсмотреть их было просто не у кого.
Он первым от делил механизмы от машин – показав, что механизмы лишь составная часть последних. В основу усовершенствования машин он положил законы механики, предвосхитив тем самым появление такой дисциплины, как «теория машин и механизмов»[46].
Но эта наука появилась только к середине XVIII века, а реальное развитие получила с началом промышленной революции в XIX веке. Леонардо же в своих записях изучает отдельные базовые механизмы – колесо, червяк, пружину… Он написал «Трактат об элементах машин». К сожалению, эта часть его рукописей потеряна.
В тех бумагах, что сохранились до нашего времени, содержится порядка пятнадцати тысяч зарисовок различных машин и механизмов. Разумеется, в этой книге будут представлены далеко не все гениальные идеи Мастера. Леонардо оставил нам множество загадок на страницах своих записных книжек. Во-первых, нет никаких указаний, что именно Мастер заимствовал, а что придумал сам. Поэтому каждый раз ученым при анализе его записей приходится решать, какой же элемент новизны он внес в ту или иную машину или в тот или иной механизм. Во-вторых, многие его проекты дошли в виде быстрых на бросков, и реконструкторы вынуждены домысливать, как же должна была действовать та или иная модель. К тому же зачастую схемы не содержат никаких подсказок. Так, например, понадобилась работа целого коллектива, чтобы «разгадать» и построить модель «автомобиля» Леонардо, который на самом-то деле не является автомобилем. Есть десятки, сотни людей, буквально «заболевших» механизмами Леонардо. Они строят машины по его чертежам, раз за разом пытаются отправить в полет очередной орнитоптер. В Винчи, Риме и Милане есть музеи изобретений Леонардо, выставки с его работами путешествуют по миру … И, когда кажется, что все загадки вроде бы решены, Леонардо, улыбнувшись загадочной улыбкой, непременно подкинет какую-нибудь новую…
Иногда представляется, что Мастер изобрел практически все значимые машины нашего времени. Все, кроме велосипеда. Посему какой-то неизвестный хранитель рукописей, быть может раздосадованный подобным упущением, нарисовал на обратной стороне одного из листов Атлантического кодекса Леонардо велосипед. Рисунок этот обнаружили во время реставрационных работ в 1974 году.
Это явная подделка: рисунок сделан графитным карандашом, который был изобретен уже после смерти Мастера. К тому же изображена почти точная копия современного велосипеда, что, сами понимаете, несколько странно. Да и выполнен он не в манере Леонардо – не его рука.
Но кто знает – быть может, настоящий велосипед Мастера остался где-то в уничтоженных рукописях: ведь до нас дошло меньше половины его архива.
Во всяком случае, цепную передачу Леонардо изобрел…
Почему нам так интересен Леонардо-изобретатель? Да потому, что все его инженерные изобретения в принципе несложно понять (если, конечно, у вас есть хороший качественный рисунок с реконструкцией). К примеру, как работает система блоков, знает каждый школьник. С одной стороны, мы поражаемся сложности устройств, с другой – конструкторские решения Леонардо базируются на знаниях современной средней школы. Мы знаем, что Леонардо гений, но легко разгадываем тайны его машин (после небольших подсказок, но что с того?). Та к что получается, мы беседуем с гением на равных, на одном языке.
Леонардо да Винчи. Страница из рукописи Леонардо с изображением различных машин
Кое-что о механизмах, которые использовал Мастер
В зарисовках Леонардо часто встречаются зубчатые передачи – но большинство из них не похожи на современные. Обычно это колесо с торчащими по окружности колками (пальцами), оно соединяется с колесом в виде двух дисков, между которыми закреплены по окружности цилиндрические стержни. Эти стержни называются цевками, а такая передача – цевочной. Эти передачи передают небольшие усилия. Применяются они и сейчас. Такое колесо с цевками похоже на круглую решетчатую клетку. Цевочная передача может передавать движение как между параллельными валами, так и между расположенными перпендикулярно. В машинах Леонардо цевочная передача зачастую заменяла современную коническую. Сохранился рисунок Леонардо, где он изобразил зацепление зубьев двух зубчатых колес. В чем сложность создания зубчатого колеса? В работе должна быть всегда только одна пара зубьев, при входе и выходе колес из зацепления их не должно клинить, необходимо точно выдерживать шаг между зубьями. Первые зубчатые передачи делались треугольными со скругленными краями. Зубья на передаче нарезались вручную по шаблонам, каждый мастер эмпирическим методом находил оптимальную форму зубьев колеса (как это делал Леонардо на своем рисунке). И только Леонард Эйлер в XVIII веке разработал эвольвентный профиль передач[47].
Леонардо использовал также червячную передачу – например, для изменения угла поворота бомбарды. Опять же его колесо в червячной передаче деревянное с колками-пальцами.
Леонардо да Винчи. Рисунок зубчатой передачи. Обратите внимание на форму зубьев в зацеплении. По форме они отличаются от современных
Леонардо да Винчи. Установка для проведения испытаний махового крыла
Лист рукописи Леонардо. Рисунки машин и механизмов
Цепная передача. Manuscript-de-madrid
Современный вид червячной передачи
Валы червячной передачи перекрещиваются. Червяк – винт со специальной резьбой. У червячной передачи большое передаточное число, и к тому же передача обладает свойством самоторможения (то есть не работает в обратную сторону от колеса к червяку).
Леонардо использует ручной привод, поэтому в его механизмах нужны большие передаточные числа для получения большого усилия. Однако, выигрывая в силе, такие механизмы тут же проигрывают в расстоянии, а значит, и в скорости перемещения.
Также да Винчи использовал винтовую передачу для перемещения каретки (в машине по насечке напильников, например), анкерный механизм – также в машине по насечке напильников и в других машинах. В его рисунках встречается чертеж цепной передачи (не применявшейся прежде).
Одной из проблем для механиков эпохи Ренессанса было осуществление передачи движения с одного уровня на другой. Сейчас для этого разработаны стандартные схемы при конструировании машин. А тогда подобная проблема могла озадачить инженера. Однако Леонардо легко справлялся с этим. В его конструкциях зачастую движение передается валами, на которых сидят зубчатые колеса или колеса цевочных передач, по нескольку раз.