Леонардо да Винчи интересовался и той областью биологии, которую сейчас мы отнесли бы к физиологии: «причины и принципы проявления дыхания, кашля, зевоты, чихания, рвоты, а также биение сердца, мочевыделение, чувственные раздражения и другие естественные телесные процессы». Он увидел в работе мускулов действие принципов механики и закона движения рычага, а кровообращение пробовал объяснить правилами гидродинамики. Главным анатомическим исследованием, проведенным да Винчи, можно считать изображение отдельных частей тела, описываемых в процессе функционирования, то есть во время исполнения своей механической роли в организме, что явилось базисом для развития физиологии. Дополняя свои эксперименты «имитационными моделями», он попытался воссоздать функции отдельных органов во всех деталях. Так, изучая работу глаза и восприятие им света, автор создал модель camera obscura, которую всегда ставил возле себя.
Особый интерес у Леонардо вызывали гемодинамические проблемы физиологии сердца. Он осуществил попытку создания протеза клапана аорты, через который проходил ток крови, попадая в стеклянную модель. Ее он разработал после того, как вылепил из воска левый желудочек сердца и начальную часть аорты, чем предвосхитил появление сердечной хирургии. Открытия же в области гастроэнтерологии сопровождались первоклассными описаниями и рисунками аппендикса, а также мастерскими изображениями сосудистой системы внутри печени. Не обошел он вниманием и аномалии речевого аппарата человека, что подтверждается рисунками, долго считавшимися фантазиями, карикатурами художника. На самом деле перед нами анатомо-патологические деформации лица — аномалии подбородка, губ, челюсти и даже плохо оперированная «заячья губа». Во время пребывания при дворе герцога Сфорца Леонардо да Винчи изучает феномен продолжения рода; в 1512 году он составляет представление о развитии зародыша. Он показал, как развивается ребенок в околоплодных водах, нарисовав его положение, внутренние органы и кровеносные сосуды; «как ребенок дышит, получая питание через пуповину, и почему одна и та же душа обитает в двух телах». Здесь ученый коснулся совершенно не исследованной тогда области — связи матери и ребенка в ее утробе. Изображений эмбриона в матке до Леонардо да Винчи не существовало. Нелишне напомнить, что наука времен Леонардо да Винчи еще находилась во власти схоластики и мистицизма, хотя и проявляла интерес к идеям античных ученых. Свободный от предрассудков, привыкший всю жизнь полагаться исключительно на себя, ученый-практик на столетия опередил своих современников. К сожалению, многие его открытия остались непостижимыми для современников[35].
Труды любого ученого должны рассматриваться в сопоставлении с достижениями его предшественников и современников и в свете их влияния на последующее развитие науки. Вследствие скрытности Леонардо да Винчи и обнаружения части его рукописей лишь через 300 лет после их написания, естественно, не приходится говорить о влиянии этих записок на последующее развитие естественных наук и техники. Серьезного сопоставления текстов Леонардо да Винчи с сохранившимися рукописями и даже с публикациями современников и предшественников до второй половины XX в. практически не проводилось. Непредвзято и критически подошел к научно-техническому наследию Леонардо профессор Трусделл, не побоявшийся бросить вызов традиционным взглядам. Он указал на явное преувеличение многими современными историками глубины ряда высказываний Леонардо, на непоследовательность, противоречивость и умозрительность многих его замечаний, почти полное отсутствие описания его собственных экспериментов, широкое использование заимствованных материалов. Трусделл подчеркнул необходимость серьезного историко-критического анализа записок Леонардо да Винчи, сопоставления их содержания с другими материалами его эпохи, для того чтобы вычленить действительно оригинальные и однозначно сформулированные им суждения. Это грандиозная работа, которая сейчас только начинается и требует высококвалифицированных специалистов, владеющих как соответствующими естественными и техническими науками, так и знанием средневековых печатных и рукописных источников.
К сожалению, человечеству точно, не известны чьи сочинения читал Леонардо да Винчи. Упоминания других ученых у него крайне редки, к тому же он из принципа отвергал всякое слепое следование авторитетам. У Леонардо да Винчи встречаются (как правило, вне научного контекста) ссылки на Аристотеля, Архимеда и Теофраста - из древних авторов (IV-III вв. до н.э.), Витрувия, Герона, Лукреция и Фронтина - периода расцвета Римской империи (I в. до н.э. - I в. н.э.), Сабита ибн Корру - из арабских учёных (IX век), Иордана Неморария и Роджера Бекона (XIII в.), Альберта Саксонского, Суайнсхеда и Хейтесбери (XIV век), Альберти и Фоссамброне (XV век). Едва ли не единственным исключением в записках Леонардо да Винчи стала его непосредственная полемика с Альбертом Саксонским о движении. Однако нам неизвестно, что он на самом деле читал. Определить это можно только путем кропотливого сличения заметок Леонардо да Винчи с текстами его предшественников и современников, часто сохранившимися лишь в рукописях[36].
Известно, что у Леонардо да Винчи встречаются вольные пересказы тех или иных авторов. Так, по разным источникам мы знаем, что он был знаком с учением Парижской школы XIV века о природе движения и теории рычага. Однако Леонардо не добавил ничего существенного: высказывания его здесь нечетки и непоследовательны. Но, может быть, он был первым, кто заинтересовался движением по наклонной плоскости.
Вообще, в разделах науки, требующих обобщений, Леонардо не проявляет особой проницательности, по-видимому, вследствие слабой общей естественнонаучной подготовки. Там же, где нужен острый глаз, он непревзойден и гениален. Не будучи подготовлен к серьезному изучению динамики процессов, он блестящ в наблюдении их кинематики.
Своеобразно отношение Леонардо да Винчи к математике. Часто приводят следующие слова из его записок: «Пусть не читает меня тот, кто не является математиком». Не ясно, как понимать это заявление и не является ли оно переложением слов греческих авторов. В другом месте Леонардо пишет: «Механика есть рай математических наук, посредством нее достигают математического плода»[37]. Но надо иметь в виду, что Леонардо почти не владел математикой: он складывал дроби, но едва владел начатками алгебры, не умел решать даже простейшие линейные уравнения и пользовался только пропорциями. Поэтому приведенные высказывания о математике носят, может быть, чисто апологетический характер.
Леонардо формулировал все законы только в виде простых пропорциональностей. Иногда они могли совпадать с действительностью, иногда - нет. И трудно судить, когда он приходит к правильному заключению сознательно, а когда случайно. Рассматривая некоторые геометрические задачи, которые он не мог решить аналитически, Леонардо да Винчи придумывал механические приборы, которые давали решения. По части того, что можно рассмотреть и сконструировать, он был безусловно гениален.
Леонардо постоянно говорит об экспериментах, о необходимости их постановки. Но мы не знаем, сколь часто он их на самом деле выполнял. Единственным замечанием Леонардо да Винчи, бесспорно опирающимся на эксперимент, является утверждение о том, что сила трения пропорциональна нагрузке, причем коэффициент трения составляет одну четверть. Это первая известная нам и довольно правдоподобная оценка коэффициента трения. В этом отношении Леонардо да Винчи безусловно предвосхитил работы Гийома Амонтона конца XVII века, которому обычно приписывается открытие законов трения.
Большое количество записок Леонардо да Винчи посвящено прочности колонн, балок и арок. В подтверждение своих суждений он ссылается иногда на эксперимент, но чаще предлагает убедиться на опыте самому читателю. Заключение Леонардо об обратной пропорциональности прочности опор их высоте противоестественно, хотя он и ссылается неоднократно на мысленные эксперименты. На основании тщательного анализа всех записок о прочности конструкций Трусделл пришел к заключению, что Леонардо да Винчи не располагал в этой области ни одним верным результатом, кроме очевидного положения о том, что прочность пропорциональна сечению колонны (балки), - положения, a priori интуитивно известного любому строителю.
Наоборот, там, где знание достигается наблюдением, Леонардо да Винчи гениально проницателен. Так, явно на основе наблюдений он устанавливает места излома арок и сводов при их нагружении. Он обнаружил резонансное возбуждение колебаний в колоколах, появление волновых картин на покрытых мелкой пылью вибрирующих пластинах, - явления, которые были описаны лишь в XVII и XVIII вв.
Особенно широкое поле наблюдений представляло для Леонардо да Винчи движение вод. Здесь многое замечено им впервые. Он описывал движение волн на воде и, в частности, распространение круговых волн на поверхности и взаимное их беспрепятственное прохождение. Отметил образование донных песчаных гряд в потоках и аналогичных гряд, обусловленных действием ветра на суше. Он наблюдал и зарисовывал траектории движения частиц при истечении из отверстий и через водосливы. Замечательны его схематические зарисовки картин вторичных течений в жидкости при сходе потока с донной ступени. Он наблюдал за движением вод в реках и, по-видимому, первым отметил закон неразрывности - обратную пропорциональность скоростей площадям поперечных сечений.
По-видимому, Леонардо не только предложил и описал плоский щелевой лоток для изучения движения жидкости, но и на самом деле пользовался им для наблюдения траекторий течения путем помещения в жидкость подходящих трассеров, в качестве которых он использовал сухие зерна.