К 280-ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ ЛУИДЖИ ГАЛЬВАНИ

Гальвани Луиджи (Galvani) – итальянский физик и физиолог. Родился 9 сентября 1737 г. в Болонье (Папская область) в семье ювелира Доменико Фосчи и его четвертой жены Варвары Фосчи. Младший брат Джакомо родился в 1742 году. Он не планировал заниматься науками, а искал уединения и хотел беседовать в своих молитвах с Богом. Гальвани сначала готовился постричься в монахи.

Женился на Лючии Галеацци Гальвани. Окончил Болонский университет (один из самых старых в Европе - он основан еще в 1119 г.) по специальности богословие, и только после защиты диссертации заинтересовался медициной. Произошло это под влиянием его тестя — известного врача и профессора медицины Карло Галеацци. Несмотря на учёную степень, Гальвани круто изменил свою профессию и вновь поступил в Болонский университет, но уже медицинское отделение. Окончив в 1759 г. университет, он начал готовить свою научную диссертацию. На эту работу Луиджи тратит целые годы. Магистерская работа Гальвани была посвящена строению человеческих костей. После её успешной защиты в 1762 Гальвани начал преподавать медицину. Он был прекрасным лектором, и его лекции пользовались большим успехом у студентов. Гальвани получил ряд новых данных но опубликовать их ему не пришлось, так как чуть раньше большинство этих фактов были описаны итальянским ученым А. Скарпа. Эта первая научная неудача не обескуражила Гальвани.

Параллельно с научной работой Луиджи Гальвани занимался и практикой: хирургией и акушерством

Когда выяснилось, что электрический заряд нельзя измерять взвешиванием, физики начали изобретать принципиально новые приборы. Эти приборы — разного рода электроскопы и электрометры — появляются в середине XVIII века. В 1746 г. появляется электрометр Элликота, в 1747 г.— электроскоп Нолле, того самого аббата, который демонстрировал королю в Версале разряд лейденской банки. Один из первых электрометров был сконструирован Рихманом.

Сначала считали, что электрическая жидкость — один из сортов «теплорода», Это обстоятельство обосновывали тем, что при трении тела и нагреваются, и электризуются, а также тем, что электрическая искра может зажигать разные предметы. Наконец было показано, что проводники электричества хорошо проводят тепло, а изоляторы — плохо. Однако в конце концов установилось представление, что электрическая невесомая жидкость отличается от теплорода.

Во-первых, было показано, что тела, наэлектризованные прикосновением, не нагреваются.

Во-вторых, Грей показал, что сплошные и полые тела электризуются совершенно одинаково, а нагреваются по-разному, и сделал вывод, что «теплород» распространяется по всему объему тела, а электрическая жидкость распространяется по поверхности.

Таким образом, представление об электричестве как о невесомой жидкости было экспериментально хорошо обосновано на уровне возможностей физики XVIII века и хорошо вписывалось в общую идеологию физики того времени.

Через 12 лет, в 1774 г., Гальвани, проводя опыт над лягушкой, открывает «животное электричество». В те времена медики всего мира были увлечены возможностью оживлять мертвецов или хотя бы восстанавливать угасшие жизненные силы. К тому моменту учёные получили первые знания об электричестве и даже исследовали особые органы электрических рыб – скатов и угрей. Всё это дало возможность предполагать наличие некоего «животного электричества».

Луиджи Гальвани заинтересовался этим явлением как физиолог. Его заинтересовала способность мертвого препарата проявлять себя как живой материал. В тот знаменательный день он просто препарировал лягушку, выполняя вполне привычную работу для анатома. Его кабинет был оснащён вполне современными для того времени электрическими приборами.

В работе ему помогали ассистент и собственная жена. И вдруг наблюдательная женщина увидела, что лапка лягушки сокращается, когда её ударяли током. Этот эффект удивил Гальвани. С того момента он провёл ещё серию опытов, изучая действие на лапку лягушки как искусственного электричества, полученного прикосновением дуги из двух разнородных металлов, так и естественного – разряда молнии.

Будучи сторонником учения о «животном электричестве», Гальвани и предположить не мог, что источником электричества являются разряд молнии и соединения металлов. Его эксперименты «подтвердили», что мышца является вместилищем электричества. К слову, само электричество в те времена учёные считали жидкостью; следовательно, заключил Гальвани, эта жидкость содержится в животных тканях.

Он менял положение металлического провода в теле лягушки, менял источники тока и множество других параметров. Проводя такой опыт, Луиджи Гальвани хотел использовать в качестве источника тока природное электричество, но погода стояла ясная и на небе не было ни облачка. Ученый чисто случайно прижал электроды, которые были воткнуты в спинной мозг лягушки, к железной решетке, на которой и лежала лягушка. Луиджи Гальвани был очень сильно удивлен, когда увидел, что появились такие же сокращения, как и во время опытов, которые проводились во время грозы.

Еще больше Луиджи Гальвани был удивлен, когда выяснил, что мышцы сокращаются и в то время, когда внешний источник тока отсутствует. Оказалось, что мышцы начинают сокращаться и при простом наложении на них двух пластин разных металлов, соединенных проводником.

Он надеялся, что его открытие найдёт применение именно в медицине: подобно тому, как кровопусканием принято было лечить болезни, он надеялся выпускать «испорченное» электричество из мышц и заменять его «свежим», омолаживая организм. Впоследствии такой метод лечения даже практиковался некоторое время: желающие за определённую плату прикасались к угрю и получали разряд тока.

Этими опытами физиолога Луиджи Гальвани заинтересовался другой известный ученый – физик Алессандро Вольта. Алессандро Вольта, повторил опыты Гальвани и доказал ошибочность его выводов. Он высказал предположение, что электричество заключается в тех двух пластинах разных металлов, которые использовал Гальвани. И электричество возникает при соединении этих пластин проводником. Он понял, что электричество вызывается как раз-таки соединением разнородных металлов и электролитов, а органы животных являются лишь пассивными проводниками. Никакого «животного электричества» существовать не может, за исключением электрических органов скатов и угрей, строение которых было подробно исследовано. Вольта был профессиональным физиком, он же сконструировал электрофор и некоторые другие приборы, которыми пользовался Гальвани в своих опытах.

Таким образом, физик Алессандро Вольта стал оппонентом в научном споре с физиологом Луиджи Гальвани.

Так начался величайший спор между двумя учеными. Алессандро Вольта настаивал на том, что источник электричества – это металлы, а другой настаивал на том, что источник тока – это животные. Оба ученых проводили эксперименты в подтверждение своей теории. Луиджи Гальвани, как ему показалось, нашел неопровержимые доказательства своей точки зрения, которая состоит из двух элементов:

1) доказал, что электричество возникает и без участия металлов;

2) сняв кожный покров с нерва лапки лягушки, Луиджи Гальвани поднес его к мышцам. Мышца начала сокращаться.

Алессандро Вольта, однако, не успокоился и не отступился. Он тоже привел весьма и весьма убедительные доказательства в пользу своей точки зрения. Хотя и Гальвани, и Вольта считали, что в споре прав только один из них, по прошествии продолжительного периода времени стало ясно, что обе точки зрения имеют право на существование.

Позднейшие исследования вскрыли удивительные факты о строении нервной и мышечной систем. То, что отрицали физики со времён Вольты, подтвердилось: в организме всё-таки вырабатывается собственное электричество, а работа нервных клеток сходна с действием электрических цепей. Конечно, это электричество не имеет ничего общего с «животным электричеством» теоретиков XVIII века и препарированной лапкой лягушки двигали всё-таки внешние разряды, однако Гальвани чисто случайно оказался не так уж далёк от истины.

Работая в университете, Гальвани одновременно занимался физиологией: ему принадлежат интересные труды, в которых он доказал, что строение птичьего уха практически не отличается от человеческого. В 1775 году после смерти своего тестя Гальвани занял его место руководителя кафедры практической анатомии. В 1782 году он стал заведующим кафедрой гинекологии и акушерства.

Гальвани является одним из основоположников учения об электричестве. Его опыты положили начало электрофизиологии. Гальвани жил в эпоху, когда учёные пользовались большим уважением. В 1663 г. была построена первая электрическая машина, в 1746 г. профессор математики Питер Мушенброк изобрёл знаменитую лейденскую банку. Гальвани с 1771 г. начал исследовать действие на животных электрического тока. В 1790 г. он установил, что электрический разряд вызывает сокращение мышцы лапки лягушки. Рассказывают, что открытие Гальвани — целая цепь случайностей: заболевшей жене Гальвани прописали целительный бульон из лягушачьих лапок, Гальвани сам готовил этот бульон, чистил только что пойманную лягушку и однажды прикоснулся скальпелем к ее обнаженному нерву…

По заверению самого Луиджи Гальвани, явление сокращения мышц под действием электричества сначала обнаружил не он, а один из его помощников – студентов. И это произошло чисто случайно, благодаря тому, что рядом с разделанной лягушкой стояла электрическая машина для исследования электричества, наподобие той, что сейчас стоят практически в каждом классе физики в школе. К тому же Гальвани подошел к процессу изучения этого явления скорее не как физик, а как физиолог или анатом.

Опыты Гальвани повторяли буквально во всех странах. Лягушки гибли тысячами во славу новой науки. Современники писали: «В течение целых тысячелетий хладнокровное племя лягушек беззаботно совершало свой жизненный путь, как его наметила природа, зная только одного врага, господина аиста, да еще, пожалуй, терпя урон от гурманов, которые требовали для себя жертвы в виде пары лягушачьих лапок со всего несметного рода. Но на исходе XVIII столетия наступил злосчастный век для лягушек. Злой рок воцарился над ними, и вряд ли когда-либо лягушки от него освободятся. Затравлены, схвачены, замучены, скальпированы, убиты, обезглавлены – но и со смертью не пришел конец их бедствиям. Лягушка стала физическим прибором, отдала себя в распоряжение науки. Срежут ей голову, сдерут кожу, расправят мускулы и проткнут спину проволокой, а она все еще не смеет уйти к месту вечного упокоения; повинуясь приказаниям физиков или физиологов, нервы ее придут в раздражение и мускулы будут сокращаться, пока не высохнет последняя капля «живой воды». И все это лежит на совести у Алоизо Луиджи Гальвани».

Одним из последователей Гальвани был его племянник Джованни Альдини, именно он одним из первых применил теоретические знания Гальвани на практике. Он стал проводить эксперименты, связанные с электрическими явлениями при мышечном сокращении, а точнее на трупах казнённых преступников.

Со временем от лягушачьих лапок экспериментаторы перешли к конечностям кроликов и овец, пробовали действие электричества на ампутированной человеческой ноге. Английский врач из Глазго на публичной лекции приложил электроды от батареи лейденских банок к нервам и мышцам трупа повешенного и воспроизвел у него дыхательное движение грудной клетки. А когда покойник под действием электрического разряда открыл глаза и лицо его стало подергиваться, многие из присутствующих лишились сознания от ужаса.

Прикладывание электродов к телу людей нашло неожиданное применение: для нахождения пуль в теле раненого. Так, французский хирург Нелатон искал пулю, глубоко засевшую в теле великого Гарибальди, с помощью зонда с наконечником из пористого фарфора. Когда зонд касался свинца, наконечник его чернел – это было единственным свидетельством того, что пуля именно здесь.

Гальвани наблюдал явление, которое было известно многим еще до него; оно заключалось в том, что если ножной нерв мертвой лягушки возбудить искрой от электростатической машины, то начинала сокращаться вся лапка.

За 100 с лишним лет до Гальвани, в 1678 году, физиолог Шваммердам показывал великому герцогу Тосканскому точно такой же, как у Гальвани, опыт с лягушкой, подвешенной на серебряной нити. Видимо, то открытие сделано было слишком рано. Шваммердама успели забыть. Гальвани ничего и никогда о нем не слышал.

Но однажды Гальвани заметил, что лапка пришла в движение, когда с нервом лапки соприкасался стальной скальпель. Удивительнее всего было то, что между электростатической машиной и скальпелем не было никакого контакта. Это поразительное открытие заставило Гальвани поставить ряд опытов для обнаружения причины этого явления. Гальвани обратил внимание на то, что мышца сокращается при одновременном прикосновении к ней двух разных металлов. Сокращения становятся более сильными и длительными, если проводник состоит из двух разнородных металлов, например железа и меди или серебра. И Гальвани сделал вывод, что сокращения мышц лягушки обусловлены возникновением в них электрического тока. Однако причину этого Гальвани видел в наличии в каждом животном так называемого собственного животного электричества и разработал его теорию, согласно которой мышцы и нервы образуют что-то подобное «обкладке» лейденской банки, а металлический проводник служит разрядником, вызывающим разряд. Ошибку Гальвани вскоре исправил А.Вольта, доказавший, что электрические токи в опытах Гальвани возникали вследствие соединения металлических проводников с животными тканями.

Эти опыты способствовали изобретению нового источника тока — гальванического элемента. К концу XVIII века английский анатом Джон Уолш доказал электрическую природу удара ската, проводя эксперименты во французском городе Ла-Рошель, а шотландский хирург и анатом Джон Хантер дал точное описание электрического органа этого животного. Исследования Уолша и Хантера были опубликованы в 1773 году.

К тому времени, как в 1786 году Гальвани положил начало своим опытам, не было недостатка в попытках физической трактовки психических и физиологических явлений. Однако именно исследования вышеуказанных ученых подготовили почву для возникновения учения о животном электричестве.

В 1791 Гальвани опубликовал "Трактат о силах электричества при мышечном движении". В 1797г. Гальвани доказал, что мышца лягушки сокращается и без прикосновения к ней металла — в результате непосредственного её соединения с нервом. Исследования Гальвани имели значение для медицинской практики и разработки методов физиологического эксперимента.

Такой же эффект он обнаружил и при действии на нерв лягушки атмосферного электричества. В это же время он высказывает гипотезу о существовании животного электричества, изобретает, не заметив этого, гальванический элемент. Вольта назвал открытое им электричество гальваническим. На основе этого явления появился аппарат гальванометр, названый в честь Луиджи Гальвани. Гальванометр был изобретен в начале 20-х годов XIX века. Первые приборы имели довольно простое устройство и принцип работы. Они состояли из магнитной стрелки, которая, будучи подвешенной, внутри проволочной катушки, определенным образов реагировала на наличие или отсутствие электрического тока в цепи. В том случае, если тока нет – стрелка замирала в определенном положении, в соответствие с имеющимся магнитным меридианом. При появлении тока, стрелка откланялась, определяя, таким образом, величину измеряемого напряжения. Позже появилось много разновидностей гальванометра.

Опыты Гальвани были продолжены в трудах профессора физики университета Павии Алессандро Вольта. Он показал, что электричество, открытое Гальвани, вырабатывается в тканях путём химического контакта разнородных металлов.

Работы Гальвани и Вольта заложили основу новой науки— электрофизиологии, а также открыли дорогу стремительному развитию физики и электротехники.

Находилось много людей, которые считали, что «животное электричество» должно отличаться от обычного электричества, должно иметь какие-то признаки своего особого происхождения. На такой точке зрения стоял, в частности, Дж. Пристли, а более чем полвека спустя — Г, Деви. Это обстоятельство побудило М. Фарадея предпринять в 1837—1839 гг. серию специальных работ, в которых он показал, что электричество от трения, электричество от гальванических элементов, в это время уже известных, и электричество рыб ничем не отличаются друг от друга. Огромный авторитет Фарадея способствовал общему признанию тождества «животного» и обычного электричества.

В 1796 году в Северную Италию под предлогом войны с Австрией вторглись французские войска под командованием генерала Бонапарта. Французы предполагали разгромить австро-сардинские войска, двинуться на Австрию и захватить Вену. Италия была им нужна как источник продовольствия, денег и удобный путь на Балканы. Захватывая территорию, французская администрация перекраивала страну. Болонья вошла в состав новой Цезальпинской республики. Все профессора университета должны были принести присягу на верность новому правительству. Подавляющее большинство так и сделало. Те же, кто не сумел вовремя «проявить гибкость», были уволены. Остался без работы и Гальвани, который не смог заставить себя принести присягу на верность новому политическому строю.

Его отстранили от кафедры анатомии и гинекологии, освободили от профессорской должности. В это же время умирают его основные помощники — любимая жена Лючия, младший брат и два молодых племянника.

Брошенный учениками, он остался совсем одиноким, без средств к существованию. Говорили даже, что он терпел нужду и на шестьдесят первом году жизни умер от истощения. Другими словами – от голода, увы. И это тоже отнюдь не исключительный случай, когда общество забывает тех, кто весь свой талант, счастье и саму жизнь приносил на алтарь науки во имя людей.

Гальвани впал в меланхолию и 4 декабря 1798 года умер в Болонье. Вновь в профессорский состав Гальвани был введён уже посмертно в качестве почётного профессора (1798).

Несмотря на свои достижения в науке, перед самой смертью он потерял благосклонность власти из-за «неправильных» политических убеждений. Тем не менее, его имя навеки было впечатано в историю развития науки в целом и электроники в частности.

В физиологии гальванизмом называют сокращение мышц под воздействием электрического тока. Также от фамилии Гальвани произошёл термин «гальванизация» - покрытие одного металла другим металлом путём электролиза. Альберта Сореля, который в 1837 году запатентовал этот метод, натолкнули на открытие опыты, описанные Гальвани. Сорель назвал явление в честь итальянского учёного.

Ошибался ли Гальвани в своих взглядах на «животное электричество»? Ни в коем случае! Итальянский ученый по праву считается одним из основоположников учения об электричестве. И его опыты с «животным электричеством» составляют фундамент нового научного направления – электрофизиологии, изучающей электрические явления в живом организме. Электрические процессы лежат в самой основе жизни. Тут и возбуждение нейронов, например в процессах зрения, и передача нервного импульса, электрические процессы в мозге – энцефалография, и так хорошо знакомое нашему веку электрическое исследование работы сердечной мышцы – электрокардиография. Нет, лягушки болонского профессора, как и собаки Павлова, вполне заслужили памятник. А сам Луиджи Гальвани навсегда останется в памяти человечества.

Имя Луиджи Гальвани носят электрические методы в медицине (например, гальванотерапия), а также ряд терминов в физике, которые, впрочем, считаются устаревшими:

Гальванический ток – именуется сегодня током проводимости;

Гальванический элемент – сегодня называется просто химическим источником тока;

Гальванометр – амперметр.

Ни с одним из самых известных физиков - ни с Ньютоном, ни с Декартом, ни с Лейбницем, ни с Гюйгенсом, ни с Джеймсом Клерком Максвеллом - не связано такое количество терминов.

Прошел 121 год после опубликования статьи Гальвани, и в 1912 году было обнаружено, что внутри человеческого организма протекают очень небольшие электрические токи. Исследователи доказали, что любой процесс внутри человека — работа сердца и мозга, прохождение нервных сигналов, мышечные сокращения – сопровождается биологическими электрическими сигналами, имеющими для каждого органа характерную форму. Сравнивая форму сигналов определенного участка организма в здоровом и больном состоянии, легко установить причину заболевания.

В Болонье именем Гальвани названа площадь (Piazza Luigi Galvani), на которой рядом со старым зданием Болонского университета установлен памятник учёному. В 1804 году в честь Гальвани были выбиты серебряную и медную медали. В 1814 году в Болонском институте был установлен памятник Гальвани. С 1860 года лицей Болоньи носит имя Гальвани (Liceo Ginnasio Luigi Galvani). В честь Луиджи Гальвани в 1961 г. назван кратер на обратной стороне Луны.

Гальвани считается одним из прототипов доктора Виктора Франкенштейна.