Павел Можаев (mevamevo) wrote,
Павел Можаев
mevamevo

Categories:

Знаменитое пятно на биографии Эдма Мариотта

Французский физик XVII века Эдм Мариотт известен, прямо скажем, не особо широко. Ни английская, ни даже французская википедия не могут похвастаться более-менее внушительной статьёй о нём, что уж говорить о нас? Ну, в средней школе все проходили закон Бойля-Мариотта (который описывает зависимость между давлением и объёмом газа постоянной массы при постоянной температуре: чем меньше объём — тем больше давление, и наоборот), но кто его помнит? К тому же, если по правде, Роберт Бойль успел открыть этот закон за полтора десятилетия до Мариотта (последний, впрочем, переоткрыл его честно и независимо). Но несмотря на всё это Мариотт был довольно продуктивным учёным с очень широкими интересами, уже не говоря о том, что ему принадлежит и как минимум одно весьма интересное открытие далёкое от физики, но лёгшее несмываемым пятном на его биографию...



На представленном фрагменте картины «Кольбер представляет Людовику XIV членов Королевской Академии наук» (см. полную версию) авторства Henri Testelin, Эдм Мариотт предположительно изображён шестым справа. Картина является «фантазийной» (написанной лишь по воспоминаниям), поэтому идентификация отдельных представленных персон затруднена.

Эдм Мариотт родился в 1620 году в местечке Тиль-Шатель, что в Бургундии, чуть к северу от Дижона (русскоязычные источники нередко приводят как место его рождения и сам город Дижон). Его отец, Симон Мариотт, был главой коммуны, скончался в 1652 году; мать, урождённая Екатерина Денизо, скончалась в 1636 году от чумы. У Эдма был старший брат (Жан, с 1630 года и до самой смерти он служил в, как бы сейчас сказали, городском совете Парижа) и три сестры — Дениз, Клод и Екатерина. О ранних годах жизни Мариотта (а также о том, где он получил образование и какое именно) сведений практически нет. Известно лишь, что он служил настоятелем мужского монастыря Святого Мартина в городке Бон под Дижоном, одновременно занимаясь своими научными исследованиями (некоторые скупые данные из его писем позволяют предположить, что он был гениальным самоучкой). В своих трудах Мариотт (даром, что священник, к его чести будет сказано!) неуклонно проводил мысль о том, что именно «дух наблюдения и сомнения» должен являться основой любых естественнонаучных изысканий; принято считать, что именно Мариотт являлся чуть ли не основным проводником экспериментального метода в тогдашней французской науке. Он стал одним из членов-основателей французской Академии наук (1666 год) как «физик»/«природовед» (фр. physicien). Английская википедия пишет, что он вошёл в состав Академии лишь в 1668 году, но это является ошибкой, см. Liste de Messieurs de l’académie royale des sciences de Paris depuis l’établissement de cette compagnie en 1666, jusqu’en 1733. В 1670 году Мариотт переезжает в Париж, где он и скончался 12 мая 1684 года. Вот, в принципе, и всё, что мы знаем о его биографии...

Научные интересы Мариотта были весьма широки, и во многих разделах физики он сумел сделать заметные на то время открытия. Так, его труды по механике внесли значительный вклад в теорию соударений упругих тел. Известно, например, что сам великий Ньютон в своих «Началах...» признавал вклад Мариотта в эту область.



Так называемая «Колыбель Ньютона»
Название этой игрушке дал британский актёр Саймон Преббл (в 1967 году), но физические принципы её работы описал ещё Мариотт! :)

Мариотт также интересовался и такими практическими вопросами, как упругие свойства материалов (их прочность при различного рода деформациях): в частности он экспериментировал с балками и пластинами, изучая их деформации под внешними силовыми воздействиями (грубо говоря, он был одним из первых сопроматчиков :)). Одним из важных его открытий следует считать тот факт, что балка, заделанная в опоры, является более устойчивой к деформациям, чем аналогичная балка, просто покоящаяся на своих опорах.

Ещё более значителен вклад Мариотта в гидравлику и гидродинамику. Так, он занимался экспериментальной проверкой формулы Торричелли (которая описывает скорость истечения жидкости из малого отверстия в открытом сосуде). Подтвердив истинность формулы, Мариотт попутно изобрёл устройство, позволяющее добиться равномерного вытекания струи жидкости из сосуда (так называемый «сосуд Мариотта»): герметично закрытая ёмкость, в крышку которой вставлена открытая с обоих концов трубка, одним концом погружённая в жидкость, а другим — сообщающаяся с атмосферой. Принцип работы данного устройства (позволяющего погружением трубки регулировать скорость истечения жидкости), несмотря на всю его простоту, сохраняет значение и до сих пор: аналогичные устройства используются в системах непрерывной подачи чернил, при дозировке жидкостей в лабораторных условиях, а также в топливных баках для мазутных горелок испарительного типа.


Сосуд Мариотта
Если открыть клапан №3, то жидкость будет вытекать через него с постоянной скоростью до тех пор, пока нижний конец трубки остаётся погружённым в жидкость

Мариотт также исследовал устойчивость труб (находящихся под действием внутреннего давления) к разрыву. На основе целой серии экспериментов он нашел, что безопасная толщина трубы должна быть пропорциональна не только действующему на неё внутреннему давлению, но и её диаметру. Он также занимался физическими проблемами работы фонтанов, составив таблицы зависимости высоты подъёма струи фонтана от диаметра его отверстия.

Интерес Мариотта к воде привёл его и к другим интересным наблюдениям. Например, отдельные источники говорят о том, что именно Мариотт окончательно и бесповоротно доказал экспериментально, что вода при замерзании расширяется (приоритет Мариотта в этом вопросе, впрочем, дискутабелен). Другое связанное с водой исследование Мариотта принадлежит уже к области географии: он постарался дать ответ на важный практический вопрос об источниках питания родников. В то время доминировала мысль о том, что родники подпитываются «испарениями» из глубины Земли (внутренность которой тогда ещё считали водно-жидкой). Мариотт предпринял крупномасштабное (как сейчас бы сказали) климатически-гидрографическое исследование, показав, что родники питаются за счёт дождевой/талой воды. Его теорию тогда пусть и не осмеяли, но не признали (приводились, в частности, и такие «контраргументы», как «дождевая вода не может проникать в землю глубже, чем на два фута»). Мариотт также исследовал причины возникновения ветров, связывая их с вращением Земли. Ещё одним его географическим достижением могут служить термометрические исследования подвалов Парижской обсерватории, показавшие, что в помещениях, находящихся на заметной глубине под поверхностью, температура не зависит от времени года. Наконец, если говорить о географии, именно Мариотт впервые предложил способ определения высоты на основании показаний барометра (понятно, что в то время данный метод давал лишь весьма грубые результаты, но сам принцип был предложен именно нашим героем; к слову, по данным Британники само слово «барометр» было введено в обращение именно Мариоттом).

Мариотта следует считать и одним из первых экспериментаторов в исследовании физиологии растений. Одну из своих работ — De la végétation des plantes — он посвятил морфологии и физиологии высших растений (его особо интересовал вопрос о том, как и почему растительный сок (своеобразная «кровь» растений) может распространяться по их телу). К числу незаурядных практических вопросов, рассмотренных Мариоттом, относятся также отдача огнестрельного оружия и принципы работы трубы как музыкального инструмента.

Наконец, Мариотт интересовался также оптикой, вопросами света и цвета (он изучал такие явления, как дифракция света, венцы Луны, радуга и т. п.). Интерес к физической стороне оптических явлений не мог не возбудить в нём естественного интереса к анатомии и физиологии нашего органа зрения. И тут он приходит к своему самому известному открытию. Анатомируя структуры глаза, он обнаруживает, что зрительный нерв входит в глаз (ну, строго говоря, выходит из глаза) не против самого зрачка, а несколько кнутри (ближе к носу) от центра внутренней поверхности глазного яблока. Данный факт в то время казался если не парадоксальным, то уж точно — неожиданным, поэтому Мариотт начинает экспериментировать с направлением взгляда; при этом он обнаружил, что данный участок не обладает никакой восприимчивостью. Тем самым в 1668 году было открыто так называемое «слепое пятно» глаза (которое иногда обозначают также и как «пятно Мариотта»).


Офтальмоскопическая картина глазного дна
Слепое пятно видно слева в виде светлого диска.

Сейчас мы знаем, что в этом месте (анатомы именуют это образование «диском зрительного нерва», лат. Discus nervi optici), отдельные волокна зрительного нерва (собирающие информацию от светочувствительных клеток со всей сетчатки) собираются в кучу, чтобы сформировать собственно зрительный нерв. Понятно, что концентрация этих волокон будет здесь максимальной, поэтому свет в любом случае не мог бы пройти сквозь них до палочек и колбочек (поэтому здесь их даже нет). В результате данная область глазного дна является нечувствительной к световосприятию. Нужно пояснить (не все это знают), что сетчатка человека устроена как бы «шиворот-навыворот»: светочувствительные клетки (палочки и колбочки) находятся не на её поверхности, как можно было бы ожидать, а наоборот — в её глубине, тогда как нервные волокна, собирающие импульсы от этих клеток, проходят над ними. На большей части сетчатки эти волокна не представляют препятствий для прохождения света до палочек и колбочек, но в пределах слепого пятна концентрация нервных волокон сильно возрастает (что и делает бесполезным размещение здесь светочувствительных клеток — свет бы всё равно не смог их достичь). Разумеется, такая «инверсия» слоёв сетчатки — это не глюк и не случайность, а довольно полезное эволюционное приобретение: добавочные («верхние») слои сетчатки, через которые нужно пройти свету до достижения светочувствительных клеток, уменьшают интенсивность ультрафиолетового излучения, способствуя тем самым защите фоторецепторов. У, например, осьминогов, сетчатка устроена «правильно»: светочувствительные клетки лежат прямо на её поверхности, так как под водой ультрафиолетовое излучение и так ослабляется самóй водной толщей. Полна чудес могучая природа!

Всего этого, разумеется, Мариотт в 1668 году ещё не знал (он даже пришёл к ошибочному выводу о том, что функция световосприятия принадлежит не сетчатке, а лежащей под ней сосудистой оболочке глаза, так как сетчатка прозрачна, а сосудистая оболочка — наоборот, тёмная; окончательно световоспринимающая функция сетчатки была доказана уже во второй половине XVIII веке Альбрехтом фон Галлером). Но его открытие в любом случае стало весьма знаменитым и даже произвело своего рода фурор: как говорят, Людовик XIV развлекался со слепым пятном, наблюдая членов своего двора таким образом, словно бы у них не было голов :).


Картинка, позволяющая обнаружить слепое пятно
См. описание ниже.

Физиологическое слепое пятно не создаёт нам каких-либо проблем (так как слепые пятна обоих глаз располагаются с разных сторон; следовательно, «пробел» одного глаза корректируется/перекрывается восприятием того же поля зрения другим глазом). Однако слепое пятно можно легко обнаружить, воспользовавшись представленной картинкой. Для этого нужно закрыть правый глаз и левым глазом посмотреть на правый крестик (в кружке). Не сводя взгляда с правого крестика, нужно приближать (или отдалять) лицо от картинки, одновременно следя за левым крестиком (но не переводя на него взгляд! взгляд должен быть направлен на крестик в кружке!). В определённый момент (на индивидуальном расстоянии лица от монитора) левый крестик исчезнет! Вуаля! Аналогичным образом (только закрыв левый глаз и наблюдая правым глазом за левым крестиком) можно обнаружить слепое пятно и с правой стороны.

В общем, данное открытие легло несмываемым пятном на биографию Эдма Мариотта. Впрочем, всем бы такие пятна... :)

Tags: умности
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 16 comments