Распределение молекул в потенциальном поле. Столетия, в течение которых Рим господствовал над средиземноморским миром, представляли собой длительную остановку прогресса биологии

РИМ

Столетия, в течение которых Рим господствовал над средиземноморским миром, представляли собой длительную остановку прогресса биологии.

В целом, у римлян господствовал дух эмпиризма и практицизма, падение интереса к теории.

В этом смысле особенно следует упомянуть о работе Катона Цензора «О делах деревенских», где обращается внимание на возделывание злаков, овощей и плодовых, подбор домашнего скота и т.д.

Следует также упомянуть о работе Вергилия «Георгик», содержащей много сведений на этот счет, в том числе рекомендации «о прививках стволов и почек», о винограде и даже повреждениях растений (Н.П.Кренке,1950). В широком плане интересны описания борьбы самцов за обладание самкой (в результате происходит улучшение потомства), как надо выбирать жеребца при разведении коней, о жизни пчел и т.д.

Ученые, казалось, согласились сохранять открытия прошлого и популяризировать их перед римской аудиторией.

Особый интерес представляют рассуждения римского философа и поэта Лукреция Кара (I в. до н.э.) в поэме «О природе вещей», где он признает материальность и бесконечность развития вселенной, возможность существования жизни на других мирах. Идеи Эпикура о спонтанном изменении атомов он распространял на живую природу. Растения рассматривал как предшественников животных. При этом он допускал и возможность возникновения бабочек из цветков, уродов без ног или вовсе без рук, как результат неправильного соединения органов и отклонения условий. Лукреций допускал не только участие мужского и женского начала («семени») в воспроизведении, в передаче признаков потомству, а также преобладание признаков одного из полов, где могут появиться даже скрытые признаки дальних прадедов.

Он сетовал на то, что когда «человек рассудком своим» не может доискать причину вещам, склонен приписывать «божественную волю». Между тем «природа движима волей своей, от богов независима вовсе». Основу природы усматривал в беспрерывном созидании и разрушении, как результат противоборствующих процессов— «любви и смерти». Все это вытекает из бесконечности и многообразия «первичных телец»—атомов (по Демокриту). Эти же тельца приводят к самозарождению живых существ из земли и разлагающихся остатков самих организмов. При этом растения появляются раньше животных. Представляют интерес его замечания о способах выживания: «испокон веков от гибели племя свое сохраняют хитростью или отвагой или же ловким проворством». Эти мысли, созвучные с представлениями о борьбе за существование, основаны на наблюдениях «над живой действительностью и звучат подлинной новизной» (В.В.Лункевич,1960, т. I).

Авл Корнелий Цельс (расцвет около 30 г. н. э.) собрал греческие знания в курс научных бесед. Подготовленный им курс но медицине пережил его время и был признан европейцами в начале современной эры, став более знаменитым, чем того заслуживал. Расширение физического горизонта вследствие римских завоеваний сделало для ученых возможным собирать растения и животных из областей, неизвестных ранним грекам.

Однако даже в естественной истории энциклопедизм брал верх. Римлянин Гай Плиний Секунд (расцвет в 23 — 79 гг. н. э.), более известный как Плиний, написал тридцатисемитомную энциклопедию «Естественная история», в которой суммировал все, что нашел в области естественной истории среди античных авторов (включая анатомию, физиологию, зоологию, ботанику, агрономию и медицину).

Он был губернатором Нарбоннской Галлии и Тарраконской Испании, а на момент своей гибели – командующим (префектом) римского флота, стоявшего в Мизенской гавани. Во время пребывания в этой должности произошло известное извержение Везувия 24 августа 79 г., чтобы лучше наблюдать грозное явление природы, Плиний старший подошёл на судне слишком близко к месту катастрофы, и в Стабиях уже на суше, погиб от удушения ядовитыми серными газами, пал жертвой своей любознательности, желания понаблюдать за природным явлением с близкого расстояния и стремления помочь людям. Подробности этого события изложены его племянником, Плинием Младшим, в длинном письме к Тациту

Плиний Младший описывает также и неустанное трудолюбие дяди, который очень мало спал и презирал праздность. Плиний Старший оставил 160 густо исписанных свитков.

Плиний был человек необыкновенного трудолюбия. Не было такого места, которое бы он считал неудобным для учёных занятий; не было такого времени, которым бы он не воспользовался для того, чтобы читать и делать заметки. Он читал, или ему читали в дороге, в бане, за обедом, после обеда, причём отнималось время и у сна, насколько это было возможно, так как он считал потерянным всякий час, не посвящённый умственным занятиям. Читались всякие книги, даже и плохие, так как, по мнению Плиния Старшего, нет столь дурной книги, из которой нельзя было бы извлечь какой-либо пользы.

В этом труде животные группируются по случайным признакам, описаны нравы и изменчивость животных, инстинкты пчел при поиске нектара, обращено внимание на вскармливание летучей мышью детенышей молоком, гнездовой паразитизм кукушки, изменчивость окраски хамелеонов и т.д.

Но, практически все это было вторично, взято из книг других, и Плиний даже не отличал правдоподобное от неправдоподобного, так что его материал содержит спорные факты (большей частью из Аристотеля). В нем также содержатся «данные», основанные на суевериях, и «байки», взятые неизвестно откуда. Например, как хамелеон питается воздухом, зайцы двуполые, морские животные промежуточные между растениями и высшими животными.

Однако, 37-томный труд «Естественная история» представляет энциклопедию своего времени. В ней Плиний нарисовал картину мироздания, изложил сведения о земледелии, садоводстве, виноградарстве, лечебные качества растений и животных. В работе перечислено свыше 1000 видов растений с указанием их использования, классификация растений сделана произвольно, а их характеристика весьма лаконична.

Плиний представляет наступление века рационализма. Так, автор замечает, что «природа...все создала для человека». Имея дело с различными видами растений и животных, он всегда очень сильно озабочен функциями каждого из них в связи с человеком. В его представлении ничто не существует само по себе, но только как пища для человека, или источник для медицины, или опасность, созданная для того, чтобы усиливать мускулы и укреплять характер человека, или (если все остальное отпадает) как моральный урок. Хотя Плиний мало что внес оригинального, его сочинения в продолжение многих веков способствовали поддержке интереса к природе и любви к знаниям (В.В.Лункевич, 1960, т. I, с. 124). Его точка зрения пользовалась большой симпатией среди ранних христиан, потому тома Плиния дожили до современности.

Ближе к нашей эре, после падения Республики и аристократического императорского Рима (48 г. до н.э.), наблюдается упадок интереса к изучению природы. А в начале нашей эры возрастает интерес к вопросам прикладной и специальной ботаники: изучению лекарственных форм и физиологических особенностей растений (Диоскорид, Николай Дамаскин и др.).

Николай Дамаскин

(Nicolaus Damascenns, Νικόλαος Δαμασκηνός) — греч. историк и философ-перипатетик; родился, вероятно, в 64 г. до Р. Хр.; происходил из знатной фамилии в Дамаске; был воспитателем детей Антония и Клеопатры и другом Ирода; впоследствии пользовался расположением императора Августа. Писал по перипатетической философии; по мнению некоторых, ему принадлежит приписывавшееся раньше Аристотелю сочинение о растениях (изд. Мейером, Лпц., 1841)

Так, Диоскоридус (расцвет в 60 г. н. э.) превзошел Теофраста и описал 600 видов растений, уделяя особое внимание их лекарственным свойствам, поэтому его можно считать основателем фармакологии (учения о наркотиках и лекарствах).

Реальным последним биологом античного мира был Клавдий Гален (130 — 200 гг. н. э.) — греческий врач, родившийся в Малой Азии и практиковавший в Риме.

В молодости он был хирургом на арене гладиаторов, и это, несомненно, дало ему возможность наблюдать человеческую анатомию. Однако, хотя в те времена не существовало ничего подлежащего запрещению в жестоких и кровавых гладиаторских боях ради извращенного развлечения населения, общество продолжало хмуриться при рассечениях мертвого тела ради научных целей.

Изучение Галеном анатомии базировалось в основном на рассечениях собак, баранов и других животных. Когда представлялся случай, он анатомировал обезьян, в которых старался разгадать строение человеческого тела.

К.Гален известен своими трудами в области медицины, анатомии и физиологии человека. Гален писал плодовито и детально разрабатывал теоретические основы функционирования различных органов человеческого тела. Ему принадлежит заслуга создания учения о мускулах, подробного описания мускулов и нервов, центральной и периферической нервной системы, нервно-мозгового аппарата. При этом использовал данные опытов хирургического вмешательства в своем трактате «О перерезке нервов».

Он собрал и обобщил большой материал путем вскрытия различных млекопитающих. Среди прочих фактов он прибегает к сравнению строения передних конечностей у человека и обезьяны. У человека якобы «руки являются органами, приличествующими разумному существу», его двуногое хождение он связывал с превращением передних конечностей в руки. При рассмотрении строения любого органа он использует широкие сравнения, что открывают перед читателем новые перспективы для понимания целесообразности организации живой природы (В.В.Лункевич, 1960, т. I, с. 133).

Тот факт, что он был лишен шансов изучать человеческое тело само по себе и что ему не хватало современных инструментов, стал причиной неправдоподобия его теорий с точки зрения современной науки.

Он не был христианином, но строго верил в существование единого Бога. Также, подобно Плинию, он верил, что все делается с высшей целью, так что находил знаки Божественного промысла везде. Это соответствовало точке зрения ранних христиан и помогло росту популярности Галена в последующие столетия.

Таким образом, наличие широкого интереса к явлениям живой природы в античном периоде наблюдалось именно у греков. Они, в отличие от римлян, пытались получить истинные знания о состоянии природы в целом, тогда как римляне интересовались прикладными вопросами сельского хозяйства и медицины.

Так, древние греки ставили и пытались разрешить вопросы общего и частного характера, где меткие описания фактов и явлений чередовались нередко с фантастическими измышлениями. Среди проблем методологического характера, несомненно, следует упомянуть такие, как изменчивость и гармония, происхождение, классификация и ступенчатость организации живой природы, связь строения и функции органов, пол и наследственность и т.д.

В последние дни Римской империи христианство выросло до положения господствующей религии. Когда империя (или ее западные области) была похоронена под натиском германских племен, эти племена были обращены в христианство. Христианство не убило греческую науку, а лишь довело ее до состояния, близкого к угасанию, работая против возрождения науки в течение многих столетий. Точка зрения ионических философов была противоположна точке зрения христиан. По мнению которых, мир не был миром разума, но «городом Бога», который, может быть, постигнут только откровением, для которого Библия, писания отцов церкви и вдохновение самой церкви единственно верные источники. Вера в существование естественного закона, который был бы неизменяемым и неизменяющимся, дает путь к вере в некоего мирового субъекта, служащего посредником Бога.

Фактически, даже восприятие кем-либо светских вещей было «дьявольским», не относящимся к сфере духа. Наука с этой точки зрения становится вещью, сопряженной с гневом Божьим. Естественно, это не было универсальной точкой зрения, и свет науки поддерживал слабое пламя среди мрака так называемых темных веков. Случайный ученый боролся, чтобы удержать мировые знания в живых.

СИЛ ТЯЖЕСТИ (РАСПРЕДЕЛЕНИЕ БОЛЬЦМАНА)

При выводе основного уравнения МКТ газов и распределения Максвелла предполагалось, что на молекулы газа внешние силы не действуют, а это значит, что молекулы распределяются по объему равномерно. Однако молекулы любого газа всегда находятся в потенциальном поле сил тяжести Земли. Тяготение с одной стороны, и тепловое движение молекул – с другой приводят к некоторому стационарному состоянию, при котором давление газа с ростом высоты убывает.

Получим закон изменения давления с высотой, предполагая, что по всей высоте: поле тяготения однородно (g = const); температура одинакова (Т = const); массы всех молекул одинаковы.

Пусть на высоте h давление р. Тогда на высоте h + dh давление – р + dp. Причём, если dh >0, то dp < 0. (р + dp) – р = – r·g·dh. Из уравнения состояния Менделеева-Клапейрона, имеем:

Теперь или .

Интегрируем правую и левую часть:

; .

Откуда, . (26)

Это так называемая барометрическая формула. Она позволяет определять давление атмосферы как функцию высоты над уровнем моря:

. (27)

Т.к. давление прямо пропорционально концентрации молекул, то можно получить закон изменения концентрации молекул с высотой при условии, что температура с высотой не меняется (Т = const):

. (28)