На рубеже 18 и 19 веков изучение электрических явлений все еще находилось в зачаточном состоянии. Одной из важных фигур в исследованиях того времени был итальянский врач и профессор анатомии Луиджи Гальвани.
Луиджи Гальвани родился 9 сентября 1737 года в итальянском городе Болонья. Первоначально склоняясь к тому, чтобы стать священником, он посвятил себя изучению медицины в соответствии с пожеланиями своих родителей. Он стал врачом в Болонье, а в 1761 году — профессором анатомии.
Сегодня Луиджи Гальвани известен открытием биологического электричества (биоэлектричества) и некоторых его применений.
Открытие животного электричества
Однажды, препарируя лягушек, он заметил, что лягушачьи лапки, положенные на простыню, дергаются при прикосновении к ним скальпелем. Это его очень заинтриговало (правда некоторые источники даже утверждают, что первой это явление заметила жена Гальвани), и он стал искать причину произошедшего.
Луиджи Гальвани экспериментирует с лягушачьими лапками
На заднем дворе своего дома Гальвани протянул два железных провода, на одном из которых на медных крючках (их он соединил непосредственно с нервом) были подвешены конечности бедных земноводных, другой провод касался лапок лягушек. После того как началась гроза он увидел, как ноги лягушек начинали двигаться при каждом ударе молнии.
Следующая попытка была не столько замыслом, сколько стечением счастливых обстоятельств. Гальвани подготовил ножки лягушек для последующего использования и повесил их на металлические перила. Однако он был очень удивлен, заметив, что, хотя на небе не было ни облачка, ножки все же время от времени сжималась.
Он пришел к выводу, что ни статическое, ни атмосферное электричество не нужны, а сокращение происходит даже при соприкосновении конечности с двумя разными металлами.
Затем он проверил этот тезис в дальнейших экспериментах и, наконец, пришел к выводу, что настоящей причиной сокращений является так называемое "животное электричество", которое вырабатывается непосредственно организмом.
Схема эксперимента Гальвани на лягушачьих лапках
Луиджи Гальвани экспериментировал с животным электричеством одиннадцать лет и за это время провел сотни экспериментов с лягушачьими лапками и другим животным материалом.
Затем подробно описал все эксперименты и изложил свою гипотезу о животном электричестве в труде De viribus electricitatis in motu musculi commentarius («Трактат об электрических силах в движении мускулов»), опубликованном в 1791 году в Болонье.
Наиболее полное объяснение своей гипотезы о животном электричестве дал Гальвани в IV части книги.
По ее словам, мышцы он считал маленькими лейденскими банками, заряженными электрическим зарядом. Провода к этим предполагаемым лейденским банкам должны были образовывать нервы.
Предполагалось, что животное электричество вырабатывается кровью в мозгу и передается по нервам к сердцевине (внутренней части) мышц. Это приводило к тому, что внутренние части мышц получали положительный заряд, а внешние части мышц - отрицательный заряд.
Электрический баланс в мышце, как и в лейденской банке, можно было бы нарушить, поместив проводящее металлическое соединение между ее выводом и сердечником или создав электрическую искру, например, от трения.
Луиджи Гальвани на итальянской почтовой марке 1991 года
Луиджи Гальвани также активно исследовал свойства морских скатов. Он обнаружил, что сильный электрический разряд, испускаемый этими рыбами, находится в структурах, сходных с обычными нервами и мышцами. Это открытие, по-видимому, стало еще одним подтверждением предположения о существовании «животного электричества».
Гальвани не высказывал своих взглядов категорично, а представил их как пищу для размышлений «более ученым преемникам». Это также следует из первых предложений его книги: «Пусть эти мои строки побудят выдающихся ученых пойти дальше в моих экспериментах. Тогда они обязательно достигнут цели, к которой стремился и я, но, может быть, я остался слишком далек от нее. Я хочу, чтобы моя работа была полезной хотя бы в этом смысле».
Вольтов столб и гальванический ток
Реакция ученой публики на идеи Гальвани, опубликованные в книге, была немедленной и бурной, хотя и беспорядочной и запутанной. За это поплатились бедные животные – лягушки, ставшие в свое время предметом большого количества экспериментов ряда исследователей.
Среди них был соотечественник и ровесник Гальвани Алессандро Вольта. Он был одним из первых, кто принял новую гипотезу «животного электричества», но в период с 1792 по 1793 год его первоначальная поддержка превратилась в скептическую сдержанность.
В статье, опубликованной в «Philosophical Transactions» в 1793 г., он выразил свою веру в теорию Гальвани, но в то же время представил тезис о том, что «металлы, использованные в опыте, если их нанести на влажные тела животных, сами могут... и возбуждают электрическое вещество из его состояния покоя, так что органы животных действуют только пассивно».
Алессандро Вольта решительно опроверг все теории о животном электричестве и нашел гораздо более практичное и эффективное решение.
Вольта понимал, что в основе явления, открытого Гальвани, лежит химическая реакция между двумя металлами, помещенными во влажную среду. В 1800 г. Вольта он представил миру первую электрическую батарею, так называемый "вольтовый столб".
Алессандро Вольта демонстрирует свой вольтов столб
Однако гордыня не была свойственна Вольте — в знак признания заслуг Гальвани он назвал ток из своей батареи гальваническим, а все явление гальванизмом.
Несчастный Гальвани
Луиджи Гальвани не повезло в жизни. Он был чрезвычайно скромным человеком. В своей научной работе он столкнулся с явлением, которое нельзя было упростить, и самый первый шаг привел его к проблемам, над которыми боролись последующие поколения ученых — и над многими из них наука бьется до сих пор.
Как только он задумал изучать электрические явления в живых тканях, он тут же запутался в сложностях биологии. Тем не менее его вклад в науку велик и фундаментален.
Тем не менее концепция «животного электричества» сохранилась и в девятнадцатом веке привела к основополагающим открытиям немецких физиологов Эмиля дю Буа Реймонда (1818–1896) и Германа фон Гельмгольца (1821–1894). Своими работами они заложили основы современной электрофизиологии (раздела физиологии, изучающего электрические явления, связанные с живыми телами и участвующие в их функциональной деятельности). Однако именно Луиджи Гальвани стоял у ее колыбели.
Даже в личной жизни удача была не на его стороне. В 1790 году умерла его любимая жена Лючия.
После Французской революции 1789 года начала резко восходить звезда Наполеона Бонапарта (1769–1821) и его всемогущество в то время очень плохо сказалось на жизни Гальвани.
Когда в июне 1797 года город заняла армия Наполеона, уже на следующий день Гальвани получил приглашение явиться в большой зал ратуши в десять часов утра 5 июня для принесения присяги вместе с одиннадцатью университетскими профессорами.
Двенадцать мужчин стояли перед столом. «Поднимите правую руку для присяги!» — приказал офицер. Поднялись одиннадцать рук. Гальвани не поднял руку для принесения присяги и тем самым отказался принести присягу на верность Цизальпинской республике.
Санкции новой государственной власти не заставили себя ждать. Гальвани был лишен профессорского звания и буквально изгнан со всех постов.
Хотя дальновидным людям удалось исправить эту ошибку, Гальвани не дожил до этого. Он все больше впадал в глубокую депрессию и через два года 4 декабря 1798 года умер в абсолютной нищете. Говорили, что он умер от голода.
Памятник Гальвани в итальянской Болонье
Фамилия Гальвани сохранилось в повседневном языке как глагол «гальванизировать», а также в более специализированных терминах: потенциал Гальвани, гальванический анод, гальваническая ванна, гальванический элемент, гальваническая коррозия, гальваническая пара, гальванический ток, гальваническая развязка, гальваническая оболочка, реакция, гальванизм, гальванизация, гальванометр и психо-гальванический рефлекс.
Джованни Альдини: ученый, который использовал электричество, чтобы оживить человека
Знаменитое произведение писательницы Мэри Шелли Франкенштейн повествует о докторе, который путем причудливых экспериментов выводит на свет отвратительного монстра с человеческими чертами. И электричество играет важную роль в процессе возрождения
Считается, что это произведение оно было вдохновлено деятельностью племянника, ученика и последователя Луиджи Гальвани, итальянским ученым и физиком Джованни Альдини (1762-1834).
Альдини стал учеником Гальвани и решил превратить электрические эксперименты в шоу для широкой публики и провести их по всей Европе.
Люди высокого и низкого происхождения, простые поденщики, даже женщины из темных переулков собирались и наблюдали за невероятными экспериментами «электриков». Животные шевелились, дергали конечностями, трясли головами.
Эксперименты последователя Гальвани - Джованни Альдини
В начале 19 века он заменил животных казненными людьми. Альдини использовал электричество, чтобы оживить человека. Он описал, как вставил один стержень в рот, а другой в ухо. В момент действия тока электричества умерший моргал, глаза дергались, мышцы лица сокращались. Публика была ошарашена и поверила, что казненный вернулся к жизни.
В 1803 году он опубликовал в Лондоне исследование по гальванизму, озаглавленное «Отчет о поздних улучшениях в гальванизме», в котором он утверждает, что при определенных условиях можно было бы вернуть труп к жизни с помощью электрических раздражителей.
Интересно, что он не просто использовал электричество для якобы оживления живых существ. Зафиксирован факт, что он якобы вылечил фермера Луиджи Ланзарини от его тяжелой депрессии (Альдини один из первых в мире применял методы электротерапии для реабилитации пациентов с психическими расстройствами).
Каждый день в течение нескольких недель два полюса посылали в его мозг слабый электрический ток. После «лечения» Ланзарини обнаружил, что чувствует себя намного лучше, а депрессия полностью исчезла.
Джованни Альдини получил большое признание при дворе австрийского императора Франциска I. В 1834 году он был посвящен в рыцари в Милане за заслуги в развитии естественных наук.