تجربة جالفاني مع الضفدع كانت قصيرة. ما الذي اكتشفه لويجي جالفاني بالضبط؟ مفهوم الجلفانية

يبدو أن القرن السابع عشر ساهم قليلا جدا في تطوير المعرفة بالظواهر الكهربائية والمغناطيسية، ولكن بعد ذلك تم وضع الأساس وأعطي زخما قويا لدراسة هذه الظواهر في القرون اللاحقة.

خلال التجارب التي أجراها علماء القرن الثامن عشر على آلة كهربائية، لاحظوا انتقال الكهرباء من الدائرة الزجاجية المسحوبة إلى الموصل. لقد حاولوا مرات عديدة تفريغ "جرة ليدن" من خلال سلسلة طويلة من الأشخاص ممسكين بأيديهم، لكن لم يعبر أحد عن فكرة واضحة حول إمكانية التدفق الطويل للكهرباء عبر الموصلات.

سبق اكتشاف التيار الكهربائي تجارب عالم التشريح الإيطالي لويجي جالفاني.

أثناء عمله في أحد المختبرات التي أجريت فيها التجارب على الكهرباء، لاحظ جالفاني ظاهرة كانت معروفة للكثيرين قبله. كان يتألف من حقيقة أنه إذا تم تفريغ موصل الآلة الكهربائية من خلال عصب ساق الضفدع المتصل بالأرض بواسطة سلك ، فسيتم ملاحظة تقلصات متشنجة في عضلاته. ولكن في أحد الأيام لاحظ جالفاني أن مخلبه بدأ يتحرك عندما لامس مشرطًا فولاذيًا عصبه. والأمر الأكثر إثارة للدهشة هو عدم وجود اتصال بين الآلة الكهربائية والمشرط. هذا الاكتشاف المذهل أجبر جالفاني على إجراء سلسلة من التجارب لاكتشاف سبب الظاهرة المرصودة. في أحد أيام خريف عام 1780، أجرى جالفاني تجربة لمعرفة ما إذا كانت نفس الحركات في مخلبه ناجمة عن كهرباء البرق. للقيام بذلك، علق جالفاني عدة أرجل الضفادع على خطافات نحاسية في نافذة مغطاة بقضبان حديدية. واكتشف، على عكس توقعاته، أن انقباضات القدمين تحدث في أي وقت، بغض النظر عن الظروف الجوية. تبين أن وجود آلة كهربائية أو مصدر آخر للكهرباء في مكان قريب غير ضروري. كما أثبت جالفاني أنه بدلاً من الحديد والنحاس، يمكن استخدام أي معدنين مختلفين، وتسبب مزيج النحاس والزنك في هذه الظاهرة بأكثر أشكالها تميزًا. ولم يكن للزجاج والمطاط والراتنج والحجر والخشب الجاف أي تأثير على الإطلاق. ولسوء الحظ، توصل جالفاني إلى استنتاج مفاده أن أنسجة جسم الضفدع تحتوي على "كهرباء حيوانية". لذلك، عندما تقوم الموصلات (النحاس والحديد) بتوصيل العصب بالعضلات، يحدث التفريغ. ونتيجة لذلك، بدأ مفهوم "الكهرباء الحيوانية" يبدو أكثر واقعية بالنسبة لمعاصريه من الكهرباء من أي أصل آخر. كان اكتشاف التيار الكهربائي لا يزال لغزا. أين يظهر التيار: فقط في أنسجة جسم الضفدع، أم في معادن متباينة فقط، أم في مزيج من المعادن والأنسجة؟

لويجي جالفاني (1737–1798) - طبيب وعالم تشريح وعالم وظائف الأعضاء إيطالي، أحد مؤسسي الفيزيولوجيا الكهربية. تلقى تعليمه في جامعة بولونيا حيث قام بتدريس الطب.

أليساندرو فولتا (1745–1827) - فيزيائي وعالم فيزيولوجي إيطالي، أحد مؤسسي عقيدة الكهرباء. لقد أنشأ العلاقة بين كمية الكهرباء والقدرة والجهد، واخترع أول مصدر للتيار الكيميائي باستخدام زوج من النحاس والزنك ("العمود الفلطائي"، أو "بطارية فولتا"). في أبريل 1800، في باريس، استقبل القنصل الأول لفرنسا، نابليون، فولتا. كان نابليون مهتما بالعلوم، معتقدا بحق أن قوة الدولة في القرن الجديد لا يمكن تصورها دون ازدهار التنوير. بعد أن أظهر تجاربه أمام نابليون المعجب، أصبح فولتا فارسًا من وسام جوقة الشرف وحصل على رتبة سيناتور وكونت.

عاش فولتا حياة طويلة وسعيدة. لسوء الحظ، احترقت النيران في جميع متعلقاته الشخصية تقريبًا وأدواته، بالإضافة إلى 11 مجلدًا ضخمًا من أعماله. لكن فولتا أبدية بالفولت - وحدة الجهد الكهربائي.

ولحسن الحظ، قرر التاريخ أن نتائج تجارب جالفاني، التي قدمها في كتابه الشهير “أطروحة عن القوى الكهربائية في الحركة العضلية”، والذي نشر عام 1791، لفتت انتباه العالم الإيطالي أليساندرو فولتا.

مصدومًا، يعيد فولتا قراءة الأطروحة ويجد فيها شيئًا غاب عن انتباه المؤلف نفسه - إشارة إلى أن تأثير ارتعاش الكفوف قد لوحظ فقط عندما تلامس الكفوف معدنين مختلفين. يقرر فولتا إجراء تجربة معدلة، ولكن ليس على الضفدع، بل على نفسه. كتب: "أعترف أنني بدأت التجارب الأولى بعدم تصديق وبأمل ضئيل للغاية في النجاح: لقد بدت لي مذهلة للغاية، بعيدة كل البعد عن كل ما عرفناه حتى الآن عن الكهرباء... والآن التفت إلى التجارب". وأنا كنت شاهد عيان، وقد قام هو بنفسه بعمل معجزة وانتقل من الكفر ربما إلى التعصب!»

الآن يمكن رؤية فولتا وهو يقوم بنشاط غريب: أخذ عملتين معدنيتين - مصنوعتين دائمًا من معادن مختلفة - ووضعهما في فمه - واحدة على لسانه والأخرى تحت لسانه. إذا قام فولتا بعد ذلك بتوصيل العملات المعدنية أو الدوائر بسلك، فإنه يشعر بطعم حامض، نفس الطعم، ولكن أضعف بكثير، والذي يمكن أن نشعر به عن طريق لعق نقطتي اتصال للبطارية في نفس الوقت. ومن خلال التجارب التي أجريت سابقًا باستخدام المحفزات الكهربية، عرف فولتا أن هذا الطعم ناجم عن الكهرباء. اقترح فولتا أن سبب الظاهرة التي لاحظها جالفاني هو وجود معدنين مختلفين. مسترشدًا بهذا الفكر، أجرى العديد من التجارب وتوصل في النهاية إلى اكتشاف مهم، وأبلغ به الجمعية الملكية في لندن في عام 1800. كتب فولتا أنه وجد مصدرًا جديدًا للكهرباء يعمل كبطارية من أوعية ليدن ضعيفة الشحن. ومع ذلك، على عكس البطارية الجلفانية، يقوم جهازها بشحن نفسه وتفريغه بشكل مستمر. وفي الوقت نفسه، قدم أيضًا وصفًا لجهازه.

في 15 يونيو 1802، في فرنسا، التي كانت في ذلك الوقت واحدة من أكثر الدول تقدمًا علميًا، تم إنشاء جائزة الدولة على شكل ميدالية ذهبية ومبلغ كبير من المال "لشخص مثل فولتا باكتشافاته وفرانكلين، سوف يتقدمان في علم الكهرباء والمغناطيسية." القنصل الأول الذي أصدر هذا الأمر، الإمبراطور المستقبلي نابليون الأول، أنهى تعليماته بكلمات نبوية: "هدفي هو تشجيع وجذب انتباه الفيزيائيين إلى هذا القسم من الفيزياء، والذي، كما أشعر، يمثل الطريق إلى اكتشافات عظيمة." أول من حصل على هذه الجائزة كان همفري ديفي في عام 1806. بالمناسبة، مُنحت الجائزة الفرنسية للرجل الإنجليزي على وجه التحديد في الوقت الذي كانت فيه هذه البلدان في حالة حرب. ومع ذلك، لم يكن هناك غضب شعبي. ومن جانب نابليون الأول، كان هذا حقًا عملاً يستحق التقليد.

رتب فولتا أجهزته هكذا. قام بتكديس عشرات الأزواج من دوائر الزنك والنحاس فوق بعضها البعض، مفصولة بورقة مبللة بالمياه المالحة. عندما لمس المجرب الدائرة النحاسية السفلية بيد واحدة ودائرة الزنك العلوية باليد الأخرى، تعرض لصدمة كهربائية قوية. وفي هذه الحالة لم يفرغ الجهاز، ومهما لمس الدوائر تكررت الضربة، أي. نشأت تهمة الكهرباء بشكل مستمر. وهكذا، تلقت فولتا أول مصدر قوي إلى حد ما للكهرباء - "العمود الفولطي" الشهير، والذي شكل حقبة كاملة في تاريخ الفيزياء (الشكل 6.1).

وهكذا تم اكتشاف ظاهرة جديدة وهي الحركة المستمرة للكهرباء في الموصل أو التيار الكهربائي. لعب إنشاء المصدر الأول للتيار الكهربائي دورًا كبيرًا في تطور علم الكهرباء والمغناطيسية. اعتبر العالم الفرنسي أراجو، المعاصر لفولتا، العمود الفلطائي "أبرز جهاز اخترعه الإنسان على الإطلاق، دون استثناء التلسكوب والمحرك البخاري".

بعد ذلك مباشرة، قدم فولتا اختراعًا عظيمًا آخر: فقد اخترع بطارية كلفانية، أطلق عليها اسم "تاج السفن" وتتكون من العديد من البطاريات.

تعد ألواح الزنك والنحاس المتصلة بالسلسلة، والتي يتم إنزالها في أزواج في أوعية تحتوي على حمض مخفف، مصدرًا قويًا إلى حد ما للطاقة الكهربائية (الشكل 6.2). ويمكن اعتبار أنه منذ ذلك اليوم فصاعدا، أصبحت مصادر التيار الكهربائي المباشر

عمود فولت والبطارية الغلفانية - أصبح معروفًا لدى العديد من الفيزيائيين ووجد تطبيقًا واسعًا في الأبحاث اللاحقة.

دفع جهاز فولتا العلماء إلى العمل على اختراع مصادر تيار مماثلة. على وجه الخصوص، تم إنشاء الخلية الجلفانية من قبل الكيميائي الإنجليزي جون دانيال (1790-1845). في عنصر دانيال، يتم غمر صفيحة نحاسية منحنية بشكل أسطواني في محلول كبريتات النحاس. يتم وضع صفيحة الزنك في وعاء طيني مسامي مملوء بحمض الكبريتيك المخفف. يتدفق تيار كهربائي عبر الموصل الذي يربط لوحة النحاس بلوحة الزنك. في عام 1839، استبدل الفيزيائي الألماني روبرت بنسن (1811-1899) اللوحة النحاسية بأسطوانة كربون مغمورة في حمض النيتريك. أخيرًا، ابتكر الكيميائي الباريسي ليكلانش عنصرًا رخيصًا ومريحًا جدًا وقد وجد تطبيقًا واسع النطاق. ويحتوي عنصرها أيضًا على صفيحة زنك منحنية بشكل أسطواني وأسطوانة كربون، لكن كلاهما مغموران في محلول الأمونيا.

مقدمة

للوهلة الأولى، تعتبر الفيزياء والبيولوجيا علومًا بعيدة جدًا عن بعضها البعض.

ولكن هذا فقط للوهلة الأولى. في الواقع، هناك العديد من النقاط المشتركة بين هذه العلوم. على سبيل المثال، في علم التشريح، الرؤية. هناك عنصر البصريات هنا: أشعة الضوء تنكسر في عدسة العين، وعنصر الميكانيكا: العدسة مشوهة بالعضلات. على الرغم من التحدث عن العضلات، فمن المستحيل ألا نذكر أن عملها يرتبط مباشرة بالفيزياء. بعد كل شيء، في جوهرها، آلية عملها، الانكماش بسبب الحد من خيوط البروتين، هي عملية فيزيائية. ماذا عن عملية التمثيل الغذائي؟ بعد كل شيء، تنتقل العناصر الغذائية من الدم إلى المادة بين الخلايا، ومن المادة بين الخلايا إلى الخلية، ومن الخلية إلى المادة بين الخلايا، ويرجع ذلك أساسًا إلى اختلافات الضغط. وماذا عن تسخين أنسجة الجسم الخارجية بالدم بسبب انتقال الحرارة؟

وترتبط الفيزياء بعلم الأحياء ليس فقط في علم التشريح. تمتلك الطيور ريشًا ديناميكيًا هوائيًا، بينما تتمتع الأسماك بمقاييس هيدروديناميكية وخطوط جانبية للكشف عن اهتزازات الماء. مرة أخرى شائعة.

عادة ما ترتبط بداية الفيزيولوجيا الكهربية بالتجارب الشهيرة التي أجراها الطبيب وعالم التشريح وعالم وظائف الأعضاء الإيطالي لويجي جالفاني<#"justify">جالفاني

بحلول نهاية القرن الثامن عشر<#"justify">

تجارب على الكهرباء، القرن الثامن عشر

وقد استغل رجل إنجليزي آخر هذا الأمر في عام 1729، وهو ستيفن جراي (1670-1735)، الذي أجرى تجارب ربما لملء وقت فراغه في تلك السنوات الأخيرة عندما كان قد تقاعد بالفعل. لقد أظهر أن الكهرباء يمكن أن تنتشر عبر أجسام معينة، وبالتالي أدخل إلى العلم مفهوم الموصل والعازل، لاستخدام المصطلحات التي قدمها بعد بضع سنوات (في عام 1739) جان تيوفيل ديساجلييه (1683-1744). اكتشف جراي أيضًا ظاهرة الحث الكهروستاتيكي وأكدها من خلال العديد من التجارب، والتي كانت أكثرها إثارة للإعجاب هي تجربة طفل تم تعليقه أفقيًا على الحبال وتم كهربته عن طريق وضع قضيب زجاجي مشحون بالقرب من قدميه.

آلة كهربائية استخدمت منذ عام 1750. كرة زجاجية دوارة G يتم كهربتها بلمسة اليدين. رجل يقف على مقعد عازل يلمس قضيب الحديد NL، ممسكًا بيده وعاءًا من روح النبيذ الساخنة، الذي يشتعل من شرارة تنبعث من يد السيدة

أثارت تجارب جراي فضول عالم فرنسي له مجموعة واسعة من الاهتمامات الموسوعية - تشارلز فرانسوا دي سيسترنت دوفاي (1698-1739). وبعد تجارب لا حصر لها مع فن مثير للإعجاب، توصل دوفاي في عام 1733 إلى الاكتشاف الأساسي لوجود نوعين من الكهرباء، أطلق عليهما اسم "الزجاج" و"الراتنج" ببساطة في ذكرى حقيقة أن الزجاج والكوبال مكناه من اكتشاف هذا الأمر. ظاهرة . ليس فقط تلك المواد القليلة التي أشار إليها جيلبرت وأتباعه، ولكن جميع الأجسام، باستثناء المعادن والأجسام الرطبة (تم رفع هذا القيد لاحقًا بواسطة إنجينهاوس في عام 1778)، مكهربة عن طريق الاحتكاك. وقد تم إثبات ذلك بشكل مقنع من خلال تجارب دوفاي مع جهاز النسخ، والذي جعله أكثر حساسية من خلال تقريب طرفه ووضعه على حامل زجاجي جاف. يكتسب كل جسم محكوك أحد أنواع الكهرباء. ولتحديد نوع الكهرباء التي يكتسبها الجسم، اقترح دوفاي نفس الطرق التي لا تزال تستخدم حتى اليوم.

وسرعان ما تم تحسين كرة هوكسبي الدوارة، خاصة على يد يوهان وينكلر (1703-1770)، أستاذ الأدب اللاتيني في جامعة لايبزيغ. استبدل وينكلر الكرة بأنبوب زجاجي، يتم تدويره باستخدام آلية الدواسة ولا يفرك بيديه، ولكن باستخدام وسادات جلدية مزينة بشعر الخيل. تم توصيل الوسادات بالأرض باستخدام أعمدة موصلة. أنتجت هذه الآلة شرارات قوية لدرجة أنها كانت قادرة على إشعال الأثير. وبعد ذلك بكثير، بين عامي 1755 و1766، تم استبدال الأسطوانة بقرص زجاجي أكثر ملاءمة. إن أولوية هذا الاختراع محل نزاع من قبل مارتن بلانتا (1727-1802)، جون إنجينهاوس (1730-1799) وجيسي رامسدن (1735-1800). تُعرف هذه الآلة الآن باسم آلة رامسدن، وهو الذي قام ببنائها وتوزيعها.

آلة رامسدن في أواخر القرن الثامن عشر (M. Guоt، Nouvelles recreation physiques et mathematiques، 1800).

ولكن حتى قبل ظهور آلة القرص، انتشر الاهتمام بالظواهر الجديدة، التي كانت حتى عام 1740 تقتصر على الدوائر العلمية فقط، بين عامة الناس. عقدت جلسات توضح الظواهر الكهربائية في كل مكان تقريبًا - في الساحات وفي الساحات الملكية، من قبل العلماء والسحرة، الذين وجدوا فيها طريقة أخرى لكسب المال. اجتذبت المصلحة العامة عددًا كبيرًا من العلماء لدراسة هذه الظواهر الجديدة، على الرغم من سخرية العديد من المتشككين الذين أدانوا مرارًا وتكرارًا السؤال المعتاد: لماذا هذا ضروري؟ لم يلجأ الفيزيائيون فحسب، بل الأطباء أيضًا إلى الأبحاث الجديدة. جرت المحاولات الأولى لاستخدام الكهرباء في الطب في البندقية وتورينو وبولونيا. بعد بضع سنوات، ظهرت المنشورات الأولى - كتاب صغير لمؤلف مجهول "Dell"elettricismo" ("عن الكهرباء")، نُشر في البندقية عام 1746، ورسالة من فرانشيسكو بيفاتي (1689-1764) "DelVelettricitd ميديكا" ("في الكهرباء الطبية")، نُشر عام 1747

وكانت نتيجة هذا التعميم للتجارب الكهربائية اكتشاف ظاهرة تحققت في “جرة ليدن” كما أسماها الفيزيائي الفرنسي جان نوليت (1700-1770).

في عام 1745، حاول الكنسي الألماني إيوالد يورغن فون كليست، على ما يبدو، صنع مياه مكهربة لنفسه، والتي كانت تعتبر مفيدة للصحة، وبشكل مستقل عنه، قام الفيزيائي موشنبريك من لايدن، بإدخال مسمار في عنق جرة ماء، لمستها موصل السيارات الكهربائية الحالية؛ بعد ذلك، قطعوا الاتصال، ولمسوا المسمار بيدهم الأخرى وتعرضوا لضربة قوية للغاية، مما تسبب في تنميل في الذراع والكتف، وحتى جسد موشنبريك "اهتز بالكامل كما لو كان قد ضربه البرق".

انتشرت كلمة هذه التجربة بسرعة. وبدأ يتكرر في أماكن كثيرة. بدأت سلسلة تجارب نوليت بتجربة "إخافة" سلسلة كاملة من الرهبان الذين كانوا يمسكون بأيدي بعضهم البعض في دير كارثوسيان في باريس. ثم بدأ تجاربه على الطيور باستخدام جهاز بسيط ولكنه مفيد، وهو فجوة الشرارة، والتي تُستخدم حتى يومنا هذا. نوليه، الذي كان يتبع الموضة دائمًا ويسعى إلى المؤثرات المسرحية (تجاربه العامة كانت عروضًا حقيقية للمجتمع الباريسي)، قُتل بمساعدة تفريغ عدة طيور، ودعا بعدها إلى توخي الحذر في التعامل مع هذا الشيء الجديد، الذي «يمكن أن تعال إلى الحياة وغضب ".

وفي العام التالي، تم استبدال زجاجة الماء بجرة مبطنة برقائق معدنية على كلا الجانبين - من الداخل والخارج. تم إنشاء مكثف مسطح، ولزيادة التأثير، قام وينكلر في ألمانيا وفرانكلين في أمريكا بربط البنوك على التوازي، والحصول على "بطاريات" قوية، كما أسماها فرانكلين.

بنجامين فرانكلين

بدأ بنيامين فرانكلين (1706-1790) في البحث عن الظواهر الكهربائية عن طريق الصدفة تقريبًا. وعندما بدأ هذه التجارب كان عمره 40 عاماً، وفي أقل من ثلاث سنوات حقق نجاحاً مذهلاً. كانت إحدى الحقائق الأولى التي صدمته، على حد تعبيره، "... الخاصية المذهلة للأجسام المدببة لجذب وصد النيران الكهربائية" (Oeuvres de M. Franklin, Traduites de l "Anglois sur la quatrieme edition par M" باربو، دوبورج، باريس، 1773، الجزء الأول، ص 3. (باللغة الروسية، نُشرت أعمال فرانكلين حول الكهرباء في كتاب: ف. فرانكلين، تجارب وملاحظات حول الكهرباء، م.، 1956. - ملاحظة المترجم)).

هذه الملاحظة، كما نعلم، لم تكن جديدة، ولكن الجديد هو منهجية التجارب، التي تمكن من خلالها من إثبات، كما يقولون الآن، "خاصية النقطة" - القدرة، كما فكر فرانكلين في نقطة جذب وصد السوائل الكهربائية.

بنجامين فرانكلين. نقش بواسطة إم تشامبرلين وإي فيشر.

ولكن كيف يمكن تفسير هذه الحقيقة عقلانيا؟ حاول فرانكلين القيام بذلك، لكنه هو نفسه شعر أن تفسيره لم يكن كافيا. وماذا في ذلك؟ هل من الضروري أن يعرف الفيزيائي الجوهر الداخلي للظواهر؟ ويجيب العالم الأمريكي ذو التوجه العملي الصريح الذي حدد دائما بحثه العلمي:

الأهم بالنسبة لنا هو ألا نعرف الطريقة التي تنفذ بها الطبيعة قوانينها؛ ويكفي معرفة هذه القوانين نفسها. الفائدة الحقيقية هي معرفة أنه إذا قمت بإطلاق قطعة خزفية غير مدعومة في الهواء، فسوف تسقط وتنكسر حتماً. إن معرفة كيف سيسقط ولماذا سينكسر هو سؤال تخميني بحت. من الجميل بالطبع معرفة الحقيقة، ولكن يمكننا التأكد من سلامة منتج البورسلين بدونها”.

نظريات الكهرباء

في الأعوام من 1745 إلى 1750، تم اقتراح عدد من النظريات المتعلقة بالكهرباء، والتي وحدتها سمة مشتركة موروثة من الفلسفة الديكارتية: وجود سائل مميز معين، نسب إليه العلماء، في رحلة من الخيال، الخصائص الأكثر استثنائية والصفات، محاولاً تفسير الظواهر الكهربائية بالعمليات الميكانيكية.

كانت نظريات نول وويليام واتسون (1707-1787) معروفة جيدًا، وسرعان ما أفسحت المجال لنظرية فرانكلين، التي صاغها في عام 1747. وقد أسرت هذه النظرية العلماء على الفور. تأتي من الظاهرة التالية: إذا وقف شخص على مقعد عازل وفرك أنبوبًا زجاجيًا بيده العارية الجافة، فإن شخصًا آخر واقفًا على الأرض يمكنه استخراج شرارة عن طريق تحريك إصبعه إما إلى الأنبوب الزجاجي أو إلى الأنبوب الزجاجي. شخص يفرك الأنبوب. يمكن أن تتنوع هذه الظاهرة، ويمكن تفسيرها بشكل مثالي، إذا افترض فرانكلين أن هناك سائلًا كهربائيًا واحدًا فقط موجودًا في جميع الأجسام. تتكون كل عملية كهربة من استخلاص جزء من السائل الموجود فيه من جسم واحد وانتقاله إلى جسم آخر. يتجلى النقص الناتج أو زيادة السوائل الكهربائية في الجسم في ظواهر كهربائية مميزة. وبالتالي، فإن الجسم يكهرب إما لأنه يحتوي على فائض من السوائل الكهربائية مقارنة بالحالة الطبيعية، أو لأنه يحتوي على سائل كهربائي أقل مما هو عليه في الحالة الطبيعية. في الحالة الأولى، يدعو فرانكلين الجسم بشكل إيجابي (زائد)، في الثانية - سلبي (ناقص) مكهرب. وقد نجت هذه المصطلحات حتى يومنا هذا.

لتفسير الظواهر الكهربائية، يعزو فرانكلين ثلاث خصائص أساسية للسائل الكهربائي: النحافة الشديدة، والتنافر المتبادل بين أجزائه، والانجذاب القوي للمادة الكهربائية إلى المادة العادية. إذا كان الجسم مشحونا بشكل إيجابي، فسيتم وضع فائض من السوائل الكهربائية على سطحه ويشكل "جوا كهربائيا". تم استخدام هذا التعبير تقريبًا حتى منتصف القرن التاسع عشر، وليس دائمًا بالمعنى المجازي، كتعبير مجازي أكثر أو أقل، ولكن في بعض الأحيان بالمعنى المادي البحت. كثيرا ما كان هناك حديث عن "سمك" الغلاف الجوي الكهربائي بالمعنى الهندسي. من خلال هذا الاستخدام للكلمات، في القرن الثامن عشر، شق مفهوم كثافة السائل الكهربائي طريقه، والذي تم استخدامه بحق لشرح "خاصية الطرف".

ولكن كيف يمكن، بقبول وجود جو كهربائي، تفسير التفاعل الدافع للأجسام المكهربة بشكل سلبي، وبالتالي، خالية من الغلاف الجوي الكهربائي؟ وعلاوة على ذلك، هل نتحدث عن العمل عن بعد أم عن العمل عن طريق الوساطة؟ لقد ظل فرانكلين بحكمة صامتاً بشأن هذه القضايا.

ومع ذلك، فإن النموذج النظري الذي بناه كان كافيًا لقيادة فرانكلين إلى إنشاء مكثف ذو لوحة متوازية، سمي باسمه، وإلى اكتشاف حقيقة أن قوة تأثير جرة ليدن كانت موجودة في زجاج الجرة، وليس في لوحتيه الموصلتين.

أدى فشل نظرية فرانكلين في تفسير الفعل الدافع إلى ظهور نظرية ثنائية كانت تتعارض باستمرار مع نظرية فرانكلين بدرجات متفاوتة من النجاح.

وكان سبب ظهور هذه النظرية بعض الظواهر الغريبة التي جذبت انتباه الإنجليزي روبرت سيمر (؟ -1763) عام 1759، وقبلها بست سنوات أثارت اهتمام جيامباتيستا بيكاريا. لاحظ سيمر صوت طقطقة مميزًا وشرارات صغيرة في كل مرة يقوم فيها بإزالة أول زوجين من الجوارب الحريرية التي كان يرتديها في نفس الوقت. ما الذي يسبب كهربة المعاكسة للجوارب؟ بعد دراسة هذه المشكلة، توصل سيمر إلى استنتاج مفاده أن الظواهر الكهربائية ناتجة عن مادتين كهربائيتين مختلفتين، تعملان، إذا جاز التعبير، بشكل متعارض، كونها نشطة وإيجابية. ويحتوي كل جسم على كلا هذين السائلين، ولكن في الحالة المحايدة، أي غير المكهربة، يكون كلا السائلين موجودين بكميات متساوية، بحيث لا يكون هناك تأثير خارجي. فيبدو الجسم مكهرباً، إيجاباً أو سلباً، حسب السائل الذي يكثر فيه. وفي الحقيقة فإن الحقائق التجريبية التي دفعت سيمر إلى طرح نظريته هزيلة جدًا وغير مقنعة جدًا. الحقيقة الأكثر إلحاحا هي بلا شك شكل الثقوب الموجودة في الورقة الناتجة عن التفريغ الكهربائي: منحنى حواف الثقب إلى الخارج على جانبي سطح الورقة، وفقا لسيمر، يشير بوضوح إلى وجود سائلين مختلفين عبور الورقة في اتجاهين متعاكسين.

الكهرباء الحرارية

التورمالين، وهو معدن ذو بلورات ذات نظام معيني، شائع جدًا في أوروبا، أصبح معروفًا فقط في عام 1717 بفضل الكيميائي لويس ليميري (1677-1743)، الذي وصفه بأنه حجر خاص تم إحضاره من سيلان، مع القدرة على جذب الضوء الجسيمات ولذلك سمي لينيوس عام 1747 بـ “الحجر الكهربائي” (اللازكتريكوس). ولم يعمل عليه أحد حتى عام 1756، عندما وقع في أيدي إيبينوس، الذي أطلق عليه اسم "التورمالين" وبدأ في استكشاف خصائصه الخاصة. سلسلة من التجارب، التي تم إجراؤها بمهارة استثنائية، أقنعت إيبينوس على الفور بأن القدرة الغريبة للتورمالين مرتبطة بالكهرباء، ولكنها كانت مختلفة تمامًا عن ظاهرة الكهربة عن طريق الاحتكاك المعروفة. يصبح التورمالين مكهربًا عند تسخينه، حيث يتم شحن أحد طرفيه بشكل إيجابي والآخر بشكل سلبي.

تسبب نشر إبينوس في جدل ساخن، شارك فيه بنجامين ويلسون (1708؟-1788)، وموشنبرك، وويلك، الذين اعترضوا على نتائج تجارب إبينوس بشكل رئيسي لأنهم لم يتمكنوا من تكرارها بالدقة التي نفذوا بها تجاربهم هي إبينوس نفسه (تتطلب التجارب المشابهة الآن إعدادًا دقيقًا، إلا إذا لجأت إلى المسحوق الكهربائي). وضع حد لهذا الجدل جون كانتون (1718-1772)، الذي، في تقرير ممتاز تمت قراءته أمام الجمعية الملكية في عام 1759، لم يؤكد نتائج أبينوس فحسب، بل أثبت أيضًا أنه تم الحصول على الكهرباء أيضًا أثناء تبريد. وفي العام التالي، 1760، اكتشف كانتون أن التوباز البرازيلي يمتلك أيضًا خصائص التورمالين، ثم وجده ويلسون في أحجار كريمة أخرى. في عام 1762، أظهر كانتون أيضًا أن الشحنات الناشئة عند تسخين التورمالين متساوية في الحجم ومتعاكسة في الإشارة. وقد توصل إلى هذا الاستنتاج عن طريق غمر عينة من التورمالين في وعاء معدني به ماء مغلي متصل بمقياس كهربائي. لم يكتشف مقياس الكهربية أي شحنة. لاحظ أن مقياس كهربية كانتون، الذي استخدمه في عام 1753 وكان لسنوات عديدة أحد أكثر الأدوات الضرورية، كان عبارة عن تعديل لأول مجهر كهربائي مزود بكرات من الفلين، والذي وصفه ذلك المؤلف المجهول الذي نشر في عام 1746 أول عمل عن "الطب". كهرباء." يتكون مجهر كانتون الكهربائي من كرتين من الفلين ملامستين تقريبًا ومعلقتين في صندوق صغير على خيطين من الكتان.

وبالعودة إلى خصائص التورمالين، نشير إلى أن عالم المعادن رينيه أهوي (1743-1822)، في كتابه الفيزياء المدرسي لعام 1802 وفي الطبعات اللاحقة حتى عام 1821، رتب البيانات حول هذه الظاهرة وقدمها، في جوهرها، في بنفس الشكل الذي تُعرف به الآن، باستثناء القضايا النظرية التي لم يتم حلها بأي حال من الأحوال في عصرنا. بالإضافة إلى ذلك، حقق أيوي اكتشافًا مهمًا وهو أن البلورات الكهرضغطية يمكن أن تصبح مكهربة ليس فقط عند تسخينها، ولكن أيضًا تحت الضغط، وبناءً على هذه الظاهرة، التي سُميت فيما بعد بالكهرباء الانضغاطية، ابتكر مجهرًا كهربائيًا حساسًا. تمت دراسة الكهرباء الضغطية طوال القرن التاسع عشر ولديها الآن العديد من التطبيقات التقنية.

أليساندرو فولت

كان أليساندرو فولتا (ولد في كومو في 18 فبراير 1745، وتوفي هناك في 5 مارس 1827) لا يثق بما يسمى "الكهرباء الحيوانية". وكان ينتمي إلى تلك المجموعة من الفيزيائيين الذين اعتقدوا أن مثل هذه الكهرباء غير موجودة على الإطلاق، إلا في حالة "الأسماك الكهربائية". وهكذا، أصبح فولتا، أحد مؤيدي هذه الآراء، على دراية بعمل جالفاني. بدت التجارب الموصوفة في الجزء الثالث من عمل جالفاني غير عادية ومذهلة للغاية بالنسبة لفولتا لدرجة أنه ربما لم يكن ليكررها لولا إصرار زملائه في جامعة بافيا. بدأ فولتا في تكرار تجارب جالفاني في 24 مارس 1792، وبدأت شكوكه تتبدد. وفي 3 أبريل 1792، كتب إلى جالفاني:

"وهكذا، لقد تحولت أخيرًا، بما أنني أصبحت بنفسي شاهد عيان ولاحظت هذه المعجزات، ربما انتقلت من عدم الثقة إلى التعصب."

إلى التعصب، ولكن إلى الحكمة: في 5 مايو، في محاضرة عامة بجامعة فولتا، تحدث عن تجارب جالفاني، وأثنى عليها، وأشاد بأهمية هذا الاكتشاف وإمكانيات تطويره الإضافي، ولكن في نفس الوقت يبدأ الوقت في طرح مطالب لمزيد من الدقة الكمية في دراسة هذه الظاهرة، لأن

«... ما الفائدة التي يمكن فعلها بأشياء لا يمكن اختزالها في درجة وقياس، خاصة في الفيزياء؟ كيف يمكن تحديد السبب إذا لم يتم تحديد نوعية الظاهرة فحسب، بل أيضًا كمية وشدة الظواهر؟ (Le opere di Alessandro Volta, Ediz. naz., I, Milano, 1918, p. 26. (نُشرت ترجمات أعمال فولتا حول طبيعة الكهرباء الحيوانية إلى اللغة الروسية في الكتاب: L. Galvani, A. Volta, Selected يعمل على الكهرباء الحيوانية، م.-ل، 1937. - ملاحظة المترجم))

وبالأصالة عن نفسه، لاحظ أن الضفدع يمكن أن يمثل

"... مقياس كهربية أكثر حساسية بعشر مرات حتى من مقياس كهربية ورق الذهب الأكثر حساسية."

وهكذا، بوعي أو بغير وعي، بدأ في طرح فكرة أن الضفدع هو مجرد جهاز قياس. بمساعدة التجارب الدقيقة التي تم إجراؤها باستخدام مقياس كهربائي من تصميمه الخاص ومع مقياس كهربائي من بينيت، توصل فولتا إلى استنتاج مفاده أنه إذا كانت العضلات والأعصاب هي بالفعل لوحات مكثف، فإن الأعصاب تمثل لوحة سلبية، والعضلات لوحة إيجابية، أي عكس ما ادعى جالفاني تمامًا. أخيرًا، في وصفه لكيفية تمكنه من تحقيق تقلص العضلات في ضفدع كان لا يزال حيًا وسليمًا، يلفت فولتا الانتباه باستمرار إلى إحدى السمات الفيزيائية للتجربة الجلفانية: يجب أن تكون المعادن التي تشكل القوس المطبقة على أجزاء جسم الحيوان مختلفة من أجل التسبب في تقلص العضلات. وبعد أيام قليلة من المحاضرة الجامعية، قال وهو يواصل تجاربه:

"الحقيقة... التي لم أتمكن بعد من فهم جوهرها، والتي لا ترضيني على الإطلاق، هي الحاجة إلى استخدام موصلات غير متساوية... أحيانًا أشك في ما إذا كانت الموصلات المعدنية تنطبق بشكل مختلف على نقطتين من النقاط" إن الحيوانات المختلفة حقًا أو المختلفة لا تؤدي إلا إلى إنشاء اتصال عن طريق لمس بعضها البعض، مما يوفر للسائل الكهربائي مسارًا يميل من خلاله بشكل طبيعي إلى المرور من مكان إلى آخر، كما يبدو من الطبيعي أن نفكر. وباختصار، هل هي في الواقع منفعلة بحتة، أم أنها عوامل إيجابية إيجابية، تحرك السائل الكهربائي في الحيوانات، وتقلب هدوءه وتوازنه، وتسبب دخوله عبر نوع من الموصلات وخروجه عبر نوع آخر" (المرجع نفسه) .، ص 39 -40).

سبق أن قلنا أن جالفاني لاحظ استصواب استخدام المعادن المختلفة، ولم تكن هذه ملاحظة عشوائية كما يكتب بعض المؤرخين، بل عدة مرات. وشدد جالفاني على وجه التحديد على ذلك باعتباره أحد الشروط اللازمة لنجاح التجربة، حيث لاحظ، كما يكتب في مسودة أحد الأعمال غير المنشورة، أن التجربة تفشل أو تعمل بشكل سيئ للغاية إذا كان القوس يتكون من معدن واحد. في أحد الأعمال المجهولة، وهو بلا شك لجالفاني ونشر عام 1794، يحاول شرح النشاط الكبير للقوس غير المتجانس. يجب الاعتراف بأن تفسيرها رسمي تمامًا ويتلخص في حقيقة أن الكهرباء الحيوانية تختلف عن الكهرباء الاصطناعية في خصائصها والفرق الأول هو أنها "تعمل بكفاءة أكبر من خلال موصلات مختلفة" (Opere di Luigi Galvani، المذكور أعلاه ، ص272). وهذا يكشف عن طريقة تفكير مختلفة لكلا العالمين: يبحث عالم الفيزيولوجيا جالفاني عن سبب الظاهرة فقط في الحقائق الفسيولوجية، ويرى الفيزيائي فولتا السبب في ظواهر فيزيائية بحتة.

ولكن دعونا نعود إلى فولتا. في 5 مايو، امتدح جالفاني، وفي 14 مايو، في محاضرته الجامعية الثانية، أجرى بالفعل مقارنات بمعنى جدلي بحت. إنه يوضح أن العضلات لا تشارك بشكل أساسي في خلق الظاهرة نفسها: إن تقلصها يحدث، كتأثير ثانوي، عن طريق إثارة العصب. ولإثبات ذلك يقوم بتجربة شهيرة يتم فيها اكتشاف طعم “حامض” على اللسان عندما يتم وضع صفيحة من الصفيح أو الرصاص على طرفه، ويتم وضع عملة فضية أو ذهبية على وسط اللسان، وعندما يتم تشكيل قوس موصل بهذه الأجسام المعدنية. في نفس الوقت يشعر بنفس الطعم كما هو الحال عندما يقترب اللسان

"إلى طرف موصل مكهرب بشكل مصطنع على مسافة بحيث لا تقفز الشرارة بعد" (Alessandro Volta، Le opere، مرجع سابق، I، ص 62).

ويتحول الطعم الحامض إلى «قلوي، أي مر»، إذا تم تبديل الأشياء المعدنية على اللسان. اكتشف فولتا أن اللسان هو المؤشر الأكثر حساسية للكهرباء، وقد زوده هذا بمساعدة قيمة في إجراء المزيد من الأبحاث.

في يونيو 1792، بعد ثلاثة أشهر من بدء فولتا في تكرار تجارب جالفاني، لم تعد لديه نفس الشكوك:

«وهكذا، فإن المعادن ليست فقط موصلات ممتازة، ولكنها أيضًا محركات للكهرباء؛ إنها لا توفر فقط الطريق الأسهل لمرور السائل الكهربائي... ولكنها أيضًا تسبب مثل هذا الخلل في التوازن من خلال استخراج هذا السائل وإدخاله، تمامًا كما يحدث عند فرك المواد الكهربائية العازلة" (المرجع نفسه، ص 117). (الكهرباء الكهربية في وفي نفس الوقت كان يطلق على الأجسام التي تكهرب بالاحتكاك اسم (ملاحظة المترجم)).

هذا هو قانون ضغوط الاتصال المعروف؛ يتسبب معدنان مختلفان في "اختلال التوازن" (يقولون الآن إنهما يخلقان فرقًا محتملاً) بين كلا المعدنين. بعد إنشاء هذا القانون، يضع فولتا، نتيجة لسلسلة طويلة من التجارب، المعادن على التوالي، والتي تم بناؤها بطريقة تتوافق مع التأثير الأكبر للمعادن الأكثر بعدًا عن بعضها البعض في هذا الصف. إحدى "سلسلة الفولتية" الأولى له هي كما يلي: الزنك ورقائق القصدير والقصدير العادي في الألواح والرصاص والحديد والنحاس وأنواع مختلفة من البرونز والنحاس والبلاتين والذهب والفضة والزئبق والجرافيت والفحم.

أنواع "الركائز" التي وصفها فولتا في رسالة إلى بانكس. في الأعلى توجد "سلسلة من الكؤوس". يشير الحرف A إلى صفائح الفضة، والحرف Z إلى صفائح الزنك.

اعترض جالفاني، بدعم من ابن أخيه جيوفاني ألديني (1762-1834) ويوجينيو فالي (1762-1816)، على هذا التفسير المادي البحت للظواهر التي لوحظت في التجارب على الضفادع. بعد ذلك، حاول جالفاني استبعاد الموصلات المعدنية من التجارب، أي. تحقيق تقلص عضلات الضفدع دون استخدام الوسائل المادية. كان فولتا يبحث عن طرق لاستبعاد الضفدع، أي إيجاد طريقة فيزيائية للكشف عن الكهرباء الملامسة. ومن المثير للاهتمام أن كلاهما حقق هدفه وبالتالي اعتبر كل منهما نفسه فائزًا في الحجة. قام جالفاني، في إحدى التجارب، التي بسطها فالي فيما بعد ووصفها في كتيب تسبب في الكثير من الضجيج (1794)، بتشريح ضفدع بحيث بقيت الأعصاب الفخذية فقط متصلة بجسمه، ثم تم فصل نصفي الضفدع عازمة بحيث لمست الأعصاب عضلات الفخذ العارية. كل لمسة تسببت في ارتعاش جسد الضفدع.

حاول فولتا في البداية إنكار هذه الظاهرة، ثم رد بتعميم نظريته الخاصة: لا يحدث انتهاك التوازن الكهربائي فقط عند حدوث اتصال بين موصلات من الدرجة الأولى، أي المعادن، ولكن أيضًا عند حدوث اتصال بين الموصلات من الدرجة الثانية. باختصار، يحدث عدم التوازن عندما يتلامس أي موصلين مختلفين، وبالتالي عندما يتلامس جزءان مختلفان من الضفدع. وحتى لو لم يتجلى عدم تجانس الأجزاء الملامسة في أي شيء آخر، فإن حقيقة انتهاك التوازن الكهربائي تشير بالفعل إلى ذلك. وبعبارة أخرى، عكس فولتا بشكل تعسفي قانون الفولتية الاتصال، بحجة أن انتهاك التوازن الكهربائي يعني وجود اتصال بين الموصلات غير المتماثلة.

ومع ذلك، فإن هذا الموقف المريح في المناقشة كان هشًا إلى حد ما، وكان من الممكن أن ينكسر بلا شك لو لم يجد فولتا طريقة ليس فقط لاستبدال الضفدع بدائرة كلفانية أخرى (لسانه)، كما حدث في تجاربه المذهلة، ولكن أيضًا لاستبدال الضفدع بدائرة كلفانية أخرى (لسانه)، كما حدث في تجاربه المذهلة. القضاء على جميع العناصر غير المادية البحتة من الخبرة. وفي عام 1796، تمكن فولتا أخيرًا من اكتشاف اتصال الكهرباء بطرق فيزيائية بحتة باستخدام ناسخ نيكلسون. أعقبت سلسلة تجاربه الأنيقة الأولى مع الناسخ تجاربه الكلاسيكية مع المكشاف الكهربائي المكثف، الموصوف الآن في جميع الكتب المدرسية.

تم استبعاد الضفدع من الدائرة الكلفانية، لكن جالفاني استبعد أيضًا جميع العوامل الفيزيائية من الدائرة. منذ تلك اللحظة فصاعدًا، تم فصل اتجاهين للبحث - الجسدي والفسيولوجي. فيما يتعلق بقضية عامة واحدة، استمرت الخلافات وأصبحت شرسة بشكل خاص في القرن التاسع عشر، حتى عام 1844. لم ينشر كارلو ماتيوتشي (1811-1868) سلسلة من الأعمال تثبت وجود “الكهرباء الحيوانية”، وهو ما أنكره “الفولطيون”، لكنها تمتلك نفس خصائص الكهرباء العادية، ولا تختلف عنها في الطبيعة، كما هو الحال مع “الكهرباء الحيوانية”. ادعى الجلفانيون.

الآن، بعد أن أصبح واثقًا بالفعل من أنه قد اختصر الظاهرة الجلفانية إلى ظاهرة فيزيائية بحتة، واصل فولتا بحثه النظري والتجريبي بهدف محدد للغاية - وهو إيجاد طريقة لزيادة التأثير، والذي يتم التعبير عنه بشكل ضعيف جدًا عندما يدخل معدنان فقط اتصال. لذلك بدأ بدراسة "سلاسل" الموصلات، أي الظواهر التي تنشأ عندما تتلامس عدة موصلات.

انتصار غامض

في عام 1801، وقع حدث مذهل في باريس، وصفه مؤرخو العلوم مرارًا وتكرارًا: بحضور نابليون بونابرت، تم تقديم عرض تقديمي للعمل "جهاز كهربائي اصطناعي يقلد العضو الكهربائي الطبيعي لثعبان البحر أو الراي اللساع" مع عرض لنموذج من هذا الجهاز. كافأ نابليون المؤلف بسخاء: فقد تم منح ميدالية تكريما للعالم وتم إنشاء جائزة قدرها 80 ألف إيكو. أعربت جميع الجمعيات العلمية الرائدة في ذلك الوقت، بما في ذلك أكاديمية سانت بطرسبرغ للعلوم، عن رغبتها في رؤيته في صفوفها، وكانت أفضل الجامعات في أوروبا مستعدة لتزويده بأقسامها. حصل لاحقًا على لقب كونت وعُين عضوًا في مجلس شيوخ مملكة إيطاليا. اسم هذا الرجل معروف اليوم، ويتم إنتاج إصدارات مختلفة من الأعضاء الكهربائية الاصطناعية التي تقلد الأعضاء الطبيعية بمليارات الكميات. نحن نتحدث عن أليساندرو فولتا واختراعه - العمود الفولتي، النموذج الأولي لجميع البطاريات والمراكم الحديثة. ما علاقة العمود الفولتي بالأعضاء الكهربائية للأسماك - المزيد عن هذا لاحقًا، ولكن الآن دعونا ننتبه إلى حقيقة أن المظاهرة تم تنفيذها بأبهة مؤكدة وأمام حشد كبير من الناس. من المفترض أن ينتج العمود الفلطائي جهدًا يتراوح بين 40-50 فولتًا وتيارًا أقل من أمبير واحد. ما الذي كان على فولتا إظهاره بالضبط لجذب خيال الجميع؟ تخيل أنه ليس فولتا، ولكنك تقف أمام نابليون ومعك صندوق مليء بأفضل البطاريات وترغب في إظهار شيء مذهل بها. المصابيح الكهربائية والمحركات والمشغلات وما إلى ذلك ليست حتى فكرة بعد. وكانت الآلة الكهربية معروفة منذ وقت طويل في ذلك الوقت، وقد تم اختراع جرة ليدن قبل أكثر من 50 عامًا. كل ما يرتبط بالشرر، والطقطقة، والكرات المكهربة المتوهجة، والقفز المتزامن لمجموعة كبيرة من الناس من الصدمة الكهربائية، تم إثباته أكثر من مرة ولم يتسبب حتى في جزء صغير من هذه الأوسمة والجوائز. لماذا سقط الانتصار على نصيب العمود الفولطي؟ ويبدو أن سر النجاح هو أن فولتا كرر أمام نابليون تجارب إحياء الأعضاء المقطوعة بمساعدة كميات صغيرة من الكهرباء. "لقد فعلت ذلك ليس فقط على الضفادع، ولكن أيضًا على الثعابين والأسماك الأخرى، وعلى السحالي والسلمندر والثعابين، والأهم من ذلك، على الحيوانات الصغيرة ذات الدم الحار، وهي الفئران والطيور"، كتب العالم في عام 1792، في نفس المقال. بداية البحث الذي أدى في النهاية إلى اختراع عظيم. تخيل الأجزاء المقطوعة المختلفة لحيوانات مختلفة مستلقية بلا حراك تمامًا، كما يليق بالأطراف المقطوعة التي تدفقت منها قوة الحياة. أدنى لمسة للعمود الفلطائي - ويعود الجسد إلى الحياة ويرتجف وينقبض ويرتجف. هل كانت هناك تجارب أكثر روعة في تاريخ العلم؟ لكن الجميع يعلم أن فكرة هذه التجارب لم تكن تعود إلى فولتا، بل إلى لويجي جالفاني. لماذا لم يتم تكريمه أولاً، أو على الأقل بجانب فولتا؟ السبب ليس أن جالفاني قد توفي بالفعل بحلول ذلك الوقت - إذا كان على قيد الحياة، فمن المرجح أن تذهب جائزة نابليون إلى فولتا. ولا يتعلق الأمر بنابليون - ففي السنوات اللاحقة لم يكن الوحيد الذي رفع مستوى فولتا وقلل من شأن جالفاني. وكانت هناك أسباب لذلك.

"بركة التجديف" العنيدة

من كتب الفيزياء المدرسية، يُعرف ما يلي تقريبًا عن لويجي (أو، في الشكل اللاتيني، الويسيوس) جالفاني: طبيب إيطالي، وعالم تشريح، وعالم وظائف الأعضاء من أواخر القرن الثامن عشر؛ لقد عثر على الظاهرة التي تسمى "تجربة جالفاني" بالصدفة ولم يتمكن من تفسيرها بشكل صحيح، لأنه انطلق من فرضية خاطئة حول وجود نوع من الكهرباء الحيوانية. لكن الفيزيائي أليساندرو فولتا تمكن من فهم الظاهرة وإنشاء جهاز مفيد يعتمد عليها. يبدو أن الصورة واضحة: قام عالم التشريح بقطع الضفادع (ماذا يمكن لعالم التشريح أن يفعل؟) ، عثر بالصدفة على حقيقة أن ساقه ترتعش تحت تأثير التيار، ولم يفهم أي شيء - فهو ليس فيزيائيًا، فكيف يمكنه أن يفهم جوهر الأشياء. كرر فولتا، الفيزيائي، كل شيء بعناية، وشرح كل شيء بشكل صحيح وحتى أكده بالممارسة. وحقيقة أن عالم التشريح والطبيب، سواء بسبب العناد أو عدم التفكير، استمرا في الإصرار على نفسه، يميزه بشكل سيء تمامًا. ليس من الواضح سبب دعم البشرية لهذا الطبيب لدرجة أنها أطلقت اسمه على تيارات التوصيل، ومجال كامل من الفيزياء، وجهاز لقياس التيار، وأهم عملية تكنولوجية هي الترسيب الكهروكيميائي للطلاءات المعدنية. وحتى المصادر الحالية التي اخترعها فولتا. لا يرتبط أي من أشهر علماء الفيزياء - لا نيوتن ولا ديكارت ولا لايبنتز ولا هويجنز ولا حبيب الفيزياء الكلاسيكية جيمس كليرك ماكسويل - بالعديد من المصطلحات. ولكن هذا هو الشيء المضحك: عندما يتعلق الأمر بالمجالات غير المادية، فإن المصطلحات المرتبطة باسم جالفاني محترمة ومستقرة تمامًا: العلاج الجلفاني، والحمام الجلفاني، والانجذاب الجلفاني. إذا كان الأمر يتعلق بالفيزياء، فكل مصطلح كلفاني يوجد مصطلح مضاد للغلفاني: ليس الجلفانومتر، بل مقياس التيار الكهربائي؛ ليس تيارًا كلفانيًا، بل تيار توصيل؛ ليست خلية كلفانية، بل مصدر تيار كيميائي. كلما كان كتاب الفيزياء مدرسيًا أكثر تقليدية، قل احتمال أن نجد فيه ليس فقط أي ذكر لمزايا جالفاني العلمية، بل وأيضًا المصطلحات الجلفانية. من الواضح أن السلطات الرسمية لإمبراطورية السير إسحاق نيوتن، أو "رجال النقابة" كما أسماهم غوته، ترفض منح الجنسية للويجي جالفاني، لكن أحدهم يكتب اسمه باستمرار على جدران معبد العلم ويذكر بوجوده. دعونا نحاول معرفة ما يحدث هنا. جالفاني هو في المقام الأول عالم فسيولوجي، ولكن في نهاية القرن الثامن عشر، تم أخذ هذه الكلمة حرفيًا: الفيزياء - الطبيعة، المنطق - دراستها، عالم وظائف الأعضاء - طالب الطبيعة، أو باللغة الروسية، عالم الطبيعة. في بداية الأحداث الموصوفة، كان مختبر جالفاني يحتوي على آلة إلكتروفوري، وهو حامل كهربائي صممه فولتا، ومكشاف كهربائي مصنوع وفقًا لتعليمات فولتا، وجرة ليدن، ومربع سحري (نسخة أخرى من المكثف)، ومانعة صواعق، هي الترسانة الكاملة لوسائل دراسة الكهرباء التي كانت تحت تصرف الفيزياء في ذلك الوقت. أما بالنسبة لممارسة الشفاء والتشريح، فقد كان الطب وسيلة شائعة جدًا لعيش علماء الطبيعة في ذلك الوقت. ومن بين الأمثلة العديدة، سأذكر مؤسس الهيدروديناميكية، دانييل برنولي، الذي كتب معادلاته الشهيرة لشرح نظام الدورة الدموية وكان في وقت ما من حياته أستاذًا لعلم التشريح في أكاديمية سانت بطرسبرغ للعلوم. بالإضافة إلى ذلك، كانت دراسة الكهرباء مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالطب. بدأ هذه الدراسات طبيب الملكة إليزابيث، جيلبرت، الذي نشأت منه جميع مصطلحات الكهرمان والذي نشر في عام 1600 أطروحة كبيرة عن المغناطيسية والكهرباء. الآن عن حادث الاكتشاف. يبدأ جالفاني نفسه أطروحته عن القوى الكهربائية في الحركة العضلية بإشارة إلى الصدفة: "لذا، اعتقدت أنني سأفعل شيئًا ذا قيمة إذا قمت بإيجاز ودقة بتحديد تاريخ اكتشافاتي بالترتيب والترتيب الذي تم به". لقد مُنحت لي جزئيًا الصدفة والمصير السعيد، وجزئيًا العمل الجاد والاجتهاد.سأفعل هذا ليس فقط حتى لا يُنسب لي أكثر من مجرد حادث سعيد، أو للصدفة أكثر مني، ولكن من أجل أن أعطي، كما كانت، شعلة لأولئك الذين يرغبون في اتباع نفس طريق البحث..." وفقًا لمعظم مؤرخي العلوم، جاءت الصدفة في شخص زوجة جالفاني الشابة، لوسيا جالياتزي، ابنة معلم جالفاني، التي كانت في مرحلة التحول. مقبض آلة الكهربي بينما كان أحد المساعدين يقوم بتشريح ضفدع. ضرب المخلب تحت المبضع، ولاحظت المرأة الملتزمة أن التشنجات تحدث عندما تقفز شرارة بين كرات الآلة. ولفتت انتباه زوجها إلى هذه الصدفة، وبدأت ثورة في الفيزياء. وقعت الأحداث الموصوفة في عام 1780، ولم يتم نشر الأطروحة إلا في عام 1791، وخلال هذه السنوات الـ 11، تم إجراء عدد كبير من التجارب، والتي تجلت خلالها بوضوح موهبة جالفاني المذهلة في الاهتمام بالتفاصيل المهمة وتسليط الضوء على المخفي. مُبَرهن. بادئ ذي بدء، أثبت جالفاني أنه من أجل التكرار المستقر لهذه الظاهرة، من الضروري أن يلمس المجرب إما المسامير المعدنية للمشرط أو طرفه المعدني، "مما يتيح الوصول إلى السائل الكهربائي". ثم تم استبعاد المجرب بالمشرط من التجربة - حيث تم استبداله بسلك طويل جدًا معلق على خيوط حريرية ومتصل بالعصب. تم توصيل المخلب كهربائيًا بالأرض. وبدرجة أقل، ولكن لا يزال، يتجلى التأثير في الحالة عندما يكون الموصل متصلا فقط بالعصب أو بالعضلة فقط. أجرى جالفاني واحدة من أولى التجارب في مجال الاتصالات الكهرومغناطيسية في تاريخ البشرية. وهذا يتطلب مهارات تشريحية معينة لضمان العزل الكهربائي الكامل للعصب من العضلات. كان نطاق الاتصال صغيرا، ولكن، على أي حال، كان من الممكن الحصول على تقلصات مستقرة للساقين عندما كان الجهاز الكهربائي موجودا في الغرفة المجاورة. (بالمناسبة، بعد أكثر من مائة عام، في عام 1923، تم استخدام ساق الضفدع كجهاز استقبال في التجارب الأولى للإبراق لمسافات طويلة.) تم تعليق الساق المعدة على الأسلاك أو تم وضعها مع الهوائي في وعاء زجاجي محكم الغلق ويتم ضخ الهواء للخارج - ولا يزال هناك تأثير انكماش. أدنى خلل في الدائرة الكهربائية “موصل – عصب – عضلة – موصل” أدى إلى توقف الانقباضات. وتألفت سلسلة أخرى من التجارب من استبدال الكهرباء الاصطناعية من آلة اليكتروفور وجرار ليدن بكهرباء البرق الطبيعية. كانت القدم متصلة بمانعة الصواعق، وأثناء العاصفة الرعدية لوحظت تقلصات أثناء تفريغ البرق وعند مرور السحب. لاحظ جالفاني أنه في بعض الحالات تسبب ومضة واحدة من البرق عدة تقلصات. أخيرًا، تم إجراء دراسات حول تأثير كهرباء الغلاف الجوي، حيث تم تعليق الكفوف على خطافات نحاسية على شرفة ذات درابزين حديدي في طقس صافٍ. بدأ جالفاني بالضغط على الخطافات النحاسية على الشبكة الحديدية، ثم لاحظ لأول مرة تقلص مخلبه عندما تتلامس معادن مختلفة. وكان هذا كافيًا لإعطاء التجارب اتجاهًا جديدًا وإعادة التجارب إلى الغرفة. ويذهل جالفاني عندما يرى أن «التقلصات كانت تختلف باختلاف المعادن، أي في حالة البعض - أقوى وأسرع، وفي حالة البعض الآخر - أضعف وأبطأ». كان هناك شيء يثير الدهشة: قبل ذلك، لم تلاحظ الفيزياء أي اختلافات في الخواص الكهربائية للمعادن. أما الآن فقد شملت التجارب توصيل العصب بالجزء الخارجي من العضلة بقوس من المعدن. اكتشف أحد المجربين الفضوليين أنه "إذا كان القوس بأكمله من الحديد أو الخطاف من الحديد وإذا كانت اللوحة الموصلة من الحديد أيضًا، فغالبًا ما تكون الانقباضات إما غائبة أو غير مهمة للغاية. ومع ذلك، إذا كان أحد هذه الأشياء حديدًا وكان والآخر هو النحاس، أو ما هو أفضل بكثير، الفضة، وأصبحت الانقباضات على الفور أكبر بكثير وأطول بكثير. بعد أن أعرب بحذر عن "بعض الشكوك حول الكهرباء الكامنة في الحيوان نفسه"، فإن جالفاني ليس في عجلة من أمره لاعتبار ذلك مثبتًا. فقط بعد وصف العديد من التجارب بالتفصيل حتى يتمكن من يرغب في تكرارها، أعلن أخيرًا أن العضلة هي "مقر الكهرباء الذي درسناه". يتم تحسين التصميمات التجريبية باستمرار لإنتاج تأثير ثابت بأقل قدر من الكهرباء. من الضروري تغطية الأعصاب بمعدن رقيق، ويفضل القصدير والقصدير. في هذه الحالة، يتم ملاحظة الانكماش حتى بدون قوس إغلاق مع اتصال واحد فقط للجسم الموصل مع الأعصاب المبطنة بالرقائق. التأثير على الأعصاب أكبر بكثير من تأثيره على العضلات. ويرى جالفاني أن "جميع أجزاء الحيوانات المشرحة توصل الكهرباء بحرية وتنقلها بسهولة، ربما بسبب الرطوبة المشبعة بها". تمت كتابة أطروحة جالفاني بطريقة رائعة، حيث لم يتم إيلاء الاهتمام الرئيسي لقوة الأداة المساعدة، على سبيل المثال، جهاز رياضي، وليس للجمعيات الفلسفية أو اللاهوتية، ولكن لوصف دقيق لإعداد ونتائج التجارب والحركة المباشرة للفكر المعبر عنها باللغة الطبيعية. وهو ينظر إلى العضلات على أنها بطارية من أوعية ليدن، مشيرًا إلى أن الكهرباء تتركز على السطح بين التجويف الداخلي لألياف العضلات والتجويف الخارجي. كتفصيل أساسي لهذه الفرضية، يقترح جالفاني الأخذ في الاعتبار "أن الألياف العضلية، على الرغم من أنها تبدو بسيطة جدًا للوهلة الأولى، إلا أنها تتكون من أجزاء مختلفة صلبة وسائلة، مما يحدد مجموعة كبيرة ومتنوعة من المواد الموجودة فيها". وهو يرسم بشكل عام صورة للطرق الممكنة للطب الكهربائي، والأهم من ذلك، دور الكهرباء في عمل الكائنات الحية. وبالطبع لا يخلو النص من عبارات تجعل قارئ اليوم يبتسم، على سبيل المثال: "...الأمراض تصيب كبار السن بشكل خاص، إذ يجب أن تتراكم فيها كميات أكبر من الكهرباء الحيوانية الفاسدة..." ويجب أن نتذكر أن وكانت الكهرباء في تلك الأيام تعتبر سائلاً خاصاً له طعم ورائحة مميزة. الآن عن "الفرضية الخاطئة للكهرباء الحيوانية". لنبدأ بحقيقة أنه بحلول الوقت الذي كتب فيه جالفاني أطروحته، لم يعد وجود الكهرباء الحيوانية فرضية، بل حقيقة: في عام 1773، أثبت والش أخيرًا، بمساعدة كافنديش، الطبيعة الكهربائية لتصريفات الكهرباء. سمكة. وبحسب جالفاني فإن تفريغات الأعضاء الكهربائية للأسماك تختلف عن الانقباضات الكهربائية لعضلات الضفادع من الناحية الكمية فقط، ولكن ليس من الناحية النوعية. العالم كله مشبع بالكهرباء، في كل ساق ضفدع، في كل عضو حي، تتدفق تيارات كلفانية ضعيفة، مما يسبب تأثيرات فسيولوجية مذهلة. بدا أكثر من واضح أن الدماغ يستخرج السائل الكهربائي من الدم، وأن الرئتين تمتص الكهرباء من الغلاف الجوي (ليس من قبيل الصدفة أنه من السهل جدًا التنفس أثناء العواصف الرعدية). وينتشر خلال الأعصاب سائل كهربائي رقيق لا يمكن تمييزه بواسطة أي مجاهر، ويغذي جميع الأعضاء ويضمن عمل جميع الحواس. إذا تعلمت فتح وإغلاق الكهرباء، مثل الدم، واستبدال الكهرباء الفاسدة بالكهرباء الطازجة، فستحدث قفزة كبيرة في الطب. يبدو أن تجارب جالفاني أكدت بشكل مقنع مثل هذا المخطط المبسط. أصبح السؤال الرئيسي هو أين يمكن الحصول على الكهرباء الطازجة. كانت التصريفات الطبيعية للأسماك الكهربائية ذات قيمة عالية للغاية في تلك الأيام: هناك دليل على أن أولئك الذين يرغبون في إنجلترا في دفع 12 شلنًا و6 بنسات مقابل التصريف المخدر لثعبان البحر، يطلق البعض الآخر على التصريفات الأرخص - 2 شلن لكل منهما، ولكن ربما تكون الأسعار قد تقلبت . على أية حال، لم يكن هذا المسار مناسبًا للطب الجماعي: كان من الصعب جدًا السفر إلى المرضى الذين يعانون من ثعبان البحر الكهربائي في كيس حوض السمك. هذا هو السبب في أن العمود الفولتي، وهو نظير اصطناعي لعضو كهربائي، تسبب في مثل هذه البهجة. كانت تجارب الفيزيائي المحترف أليساندرو فولتا أصغر من جالفاني بثماني سنوات، لكن الأخير في أطروحته وصفه بأنه أشهر الأدوات وأكثرها صنعًا وفقًا لتوصيات فولتا المنشورة. جاء فولتا من عائلة أكثر تميزًا من عائلة جالفاني، وحصل على تعليم ممتاز، وكان يعرف شخصيًا العديد من الفيزيائيين المحترمين في أوروبا، ويتوافق مع الجمعية الملكية الإنجليزية، وبعد أن تم قبوله في صفوفها، أراد بوضوح أن يكون ملحوظًا فيها. يزعم كتاب سيرة فولتا أنه لا يتميز بالطموح، لكن رسائله تعطي انطباعًا معاكسًا. على عكس جالفاني، فإنه يتواصل بسهولة مع الحكومة الإيطالية الجديدة المؤيدة لنابليوني، والتي أزاحت جالفاني من الكرسي في السنوات الأخيرة من حياته. كان رد فعل فولتا الأول على الأطروحة عاطفيًا للغاية: "ومع ذلك، يجب أن أعترف بأنني بدأت التجارب الأولى مع عدم الثقة وبدون آمال كبيرة في النجاح: بدت لي الظواهر الموصوفة مذهلة للغاية، والتي، إذا لم تتعارض، ثم "لقد تجاوزت أيضًا كل ما كان معروفًا عن الكهرباء حتى الآن، فقد بدت رائعة جدًا بالنسبة لي. ولهذا السبب، فإن عدم ثقتي، كما كان الحال مع التحيز العنيد، الذي لا أخجل منه، أطلب المغفرة من مؤلف الاكتشاف و والآن اعتبر أنه من واجبي المجيد أن أكرمه بنفس الطريقة بعد أن رأيت ولمست بيدي شيئًا كان من الصعب جدًا تصديقه قبل لمسه ورؤيته. ومع ذلك، بعد أن أصبحت أنا نفسي شاهد عيان ومبدعًا لكل هذه المعجزات، تحولت أخيرًا وانتقلت من عدم الثقة، وربما إلى التعصب. "يتفق معها. أحد الاستنتاجات الرئيسية: لا يمكن أن تكون الموصلات مصدرًا للكهرباء، فالكهرباء موجودة فقط في العوازل. إذا تدفق تيار عند ملامسة قوس من المعادن، بغض النظر عن واحد أو اثنين، فإن مصدرها يقع في الخارج "القوس، أي داخل الجسم." لذلك، إذا كان القوس الموصل ينتج التقلصات العضلية المذكورة أعلاه، فيجب أن نفترض أن أعضاء الحيوان هذه تمتلك كهرباء بشكل طبيعي في أي حالة، أو أن السائل الكهربائي في المقابل الأجزاء غير متوازنة." لاحقًا، هذه النقطة المتعلقة بالوجود الطبيعي للكهرباء في أعضاء الحيوان هي التي سيتم دحضها وتقديمها على أنها المصدر الرئيسي لأخطاء جالفاني. ولا يرى فولتا أي مزايا خاصة لجالفاني في اكتشاف الظاهرة الأولية - تقلص المخلب تحت تأثير الشرر المنبعث من آلة الكهربي. "فقط الصدفة هي التي دفعت السيد جالفاني إلى ظاهرة فاجأته أكثر مما ينبغي. ومع ذلك، من كان يظن أن تيارًا كهربائيًا، ضعيفًا جدًا لدرجة أنه حتى أجهزة القياس الكهربائية الأكثر حساسية لا يمكنها اكتشافه، كان قادرًا على التصرف بهذه الطريقة قوة تؤثر على أعضاء الحيوان..." بالنسبة للفيزيائي فولتا، الحساسية العالية هي مسألة كمية. بالنسبة لعالم الفسيولوجيا، يبدو أن جالفاني ذو جودة عالية. ما فاجأه جالفاني في تجاربه الأولى يمكن أن نطلق عليه باللغة الحديثة مدى كفاية التحفيز الكهربائي. إذا كانت كمية الكهرباء صغيرة جدًا بحيث لا تظهرها المجاهر الكهربائية تقريبًا، وتسبب تأثيرًا فسيولوجيًا واضحًا، فإن التحفيز يكون كافيًا للكائنات الحية، أي أن الطبيعة ترسل نبضات كهربائية عبر الأعصاب إلى العضلات. مما يعني أنها تعرف كيفية توليدها.

من الواضح أن فولتا مهتم بالسؤال: ما هي درجة عظمة اكتشافات جالفاني؟ إنه يدرك بوضوح أنه في مجال جديد من الأبحاث، لديه، وهو فيزيائي محترف، فرصة أفضل للمضي قدمًا من الهواة جالفاني الذي تعثر بطريق الخطأ على حافة المقاصة. وفي الرسائل الأولى يسارع إلى التأكيد على احترافيته، محاولا تحقيق قياس كمي للكهرباء التي تسبب تأثيرات فسيولوجية. يصف بالتفصيل تصميم مقياس كهربائي أكثر حساسية ويكرر تجارب جالفاني مع قيم عددية معينة مرتبطة بها. في غضون عامين، لن يكون هناك أي أرقام تقريبًا في رسائل ومقالات فولتا، عند وصف التجارب، سيتم وصف الدوافع المنطقية لتنفيذها والميزات التطبيقية للتشريح بشكل أساسي، ولكن تم بالفعل إثبات احترام الأساليب العددية. يمر حماس فولتا تجاه جالفاني على الفور تقريبًا، على الرغم من أنه لا يستطيع الابتعاد عن التكرار والتعديلات التي لا نهاية لها لتجاربه. يقدم فولتا مصطلح "الحيوية الكهربائية" - قدرة الكائنات الحية أو أجزائها على "العودة إلى الحياة" عندما تكون الأعصاب مغلقة بقوس أو عند تعرضها للكهرباء من آلة الكهربي. ويميز بين أربع مراحل، حسب درجة ظهور التأثير، أثناء الانتقال من الموت الظاهري إلى الموت الكامل. ويدرس أيضًا اعتماد الحيوية الكهربائية للضفادع على طرق قتلها: "لقد قمت بالفعل بفحص العديد من الضفادع في قوة وثبات كل مرحلة من مراحل الحيوية المتبقية. وأجبرت بعضهم على الموت ببساطة من التعب أو قلة النشاط". التغذية ، والبعض الآخر - في وعاء به ماء ساخن أكثر أو أقل ، والثالث - من الجروح الشديدة والتشويه وجميع أنواع العذاب ، والرابع - من الصدمات الكهربائية المتكررة والخامس - من تفريغ الشرارة وحدها. لقد سجلت كل هذه الملاحظات بعناية في اليوميات التي سأنشرها عندما أنشر هذه التجارب، حيث أنني حددت لنفسي المهمة، وعلى أنواع أخرى من موت هذه الحيوانات وغيرها، وتعريضها في بعض الحالات لعمل الهواء والأبخرة الخانقة، وكذلك السموم المختلفة. ". هذه هي التجارب التي أجراها عالم الفيزياء المحترف أليساندرو جوزيبي أنطونيو أناستاسيو فولتا... وهو يفحص بغيرة قوة كل لبنة في المبنى الذي بناه جالفاني، ويجد عيبين رئيسيين. أولاً، يثبت أن التيار الكهربائي في تجارب جالفاني لا يسبب تقلص العضلات بشكل مباشر، بل يسبب فقط إثارة العصب، الذي يعمل بعد ذلك على العضلات بطريقة غير معروفة. ثانيًا، على أساس العديد من التجارب، توصل فولتا إلى استنتاج مفاده أن الألواح المصنوعة من معدنين مختلفين ليست موصلات بسيطة، ولكنها "محرضات ومحركات حقيقية للسائل الكهربائي". ومن هذين الاستنتاجين يمكن استخلاص استنتاج ثالث: أن أعضاء الحيوان، وكذلك أجزائها، ليست سوى موصلات سلبية للكهرباء. وهذا يعني أن الكهرباء الحيوانية، باستثناء تلك التي تتجلى في الأعضاء الكهربائية المصممة خصيصًا للأسماك، غير موجودة. من كل ما فعله جالفاني، كل ما تبقى هو الحقيقة المكتشفة بالصدفة وهي حساسية الجسد العالية للنبضات الكهربائية. وحتى هذه الحقيقة يجب ذكرها في طبعة فولتا: الأعصاب فقط هي التي تكون حساسة للكهرباء، ويتم إثارة العضلات بطريقة غير مباشرة وغير كهربائية. اليوم، بعد مرور أكثر من 200 عام على الأحداث الموصوفة، نعلم أنه يوجد في الجسم الكثير مما أنكره فولتا بحماس شديد - الكهرباء الخاصة به، والتشابه ليس فقط بين الخلايا الكهربائية، ولكن أيضًا بين ألياف العضلات العادية وبطاريات ليدن. الجرار، وإمكانية إثارة الأنسجة دون استخدام معادن مختلفة.

يمكن أن يكون معدنان مختلفان مصدرًا للكهرباء - بالنسبة لفولتا وغيره من الفيزيائيين، يعد هذا ثورة في المفاهيم الفيزيائية، وهي ثورة مروعة، لأن لمسة المعادن المتباينة كافية، ويبدأ التيار في التدفق - "دورة لا نهاية لها من التدفقات الكهربائية، الحركة الدائبة." لم تتم صياغة قانون الحفاظ على الطاقة بعد - سيتم ذلك بعد نصف قرن، في عام 1847، من قبل طبيب آخر وعالم فيزيولوجي وفيزيائي هيرمان لودفيج فرديناند هيلمهولتز، ولكن هذا القانون متوقع. وهنا يوجد مثل هذا الإغراء للشك فيه! وبالنسبة لجالفاني الواثق من أن مصدر الطاقة موجود داخل الجسم، فإن وجود الكهرباء المعدنية ما هو إلا سبب لتعديل التجارب الفسيولوجية. لكن فولتا يظل أصمًا عن حجج جالفاني، معتقدًا أن المواد المختلفة موجودة دائمًا، وأن مصدر الكهرباء موجود ويكمن في الاتصال بموصلات مختلفة. بعد أن حرم الحيوانات من الكهرباء، واصل فولتا العمل مع مجموعة واسعة من الكائنات الحية. الأشياء الرئيسية المثيرة للاهتمام هي الأعضاء الكهربائية للثعابين وأسماك الراي اللساع. لقد تم تشريحهم لمدة ثماني سنوات. وفي الوقت نفسه، تنشغل الأفكار دائمًا بالمشكلة: لماذا يعطي معدنان مختلفان، مثل الفضة والزنك، تأثيرًا فسيولوجيًا كبيرًا، بينما القوس المصنوع من معدن واحد له تأثير ضعيف؟ أخيرًا، يبدأ فولتا، الذي أمام عينيه بنية تشبه الذرة من الأعضاء الكهربائية، في جمع دوائر من الفضة والزنك في كومة، ويضعها بقطعة قماش مبللة، ويستقبل عمود فولتا. خيار التصميم الآخر للقطب الفولطي هو الأكواب التي تحتوي على إلكتروليت وأسلاك من معادن مختلفة. تتشابه الخلايا الكهربية الموجودة في ثعابين المياه العذبة الكهربائية إلى حد كبير مع الأقراص، وتشبه الخلايا الكهربائية الموجودة في أسماك الأشعة الكهربائية البحرية إلى حد كبير الكؤوس، ومن هنا يأتي المتغيران الأساسيان. لماذا احتاج الفيزيائي فولتا إلى سمكة كهربائية لهذا الاختراع التقني؟ من وجهة نظر علم وظائف الأعضاء الحديث، فإن التفريغ الكهربائي في الأعضاء الكهربائية والظواهر الكهربائية في العضلات والأعصاب متشابهة نوعيا. علاوة على ذلك، يتفق الخبراء على أن الأعضاء الكهربائية هي هياكل عصبية عضلية معدلة. والفرق الرئيسي هو أنه في العضلات العادية، يبدو أن الاستثارات الكهربائية للخلايا الفردية تلغي بعضها البعض، ولكن في الأعضاء الكهربائية للأسماك تتراكم، مما يسمح للخلايا الكهربائية الفردية بجهد يبلغ عدة عشرات من الميليفولت أن تتشكل في بطارية ينتج مئات الفولتات (في ثعبان البحر الكهربائي أو سمك السلور). إن تأثير الجمع هو خطوة حاسمة نحو العمود الفلطائي، وهي خطوة لا يمكن القيام بها على أساس ظاهرة فرق جهد التلامس للمعادن. ما سيُعرف فيما بعد بقاعدة فولتا ينص على ما يلي: "في دائرة تتكون من أي عدد من المعادن، تكون القوة الدافعة الكهربائية صفرًا". يصف المجرب الممتاز فولتا، الذي كشف منذ فترة طويلة عن الحاجة إلى الإلكتروليتات في تجاربه، اختراعه بهذه الطريقة: "أضع على طاولة أو على بعض الدعم إحدى الصفائح المعدنية، على سبيل المثال، لوحة فضية، وعليها الزنك واحد ثم قرص مبلل، وما إلى ذلك "بنفس الترتيب. ويجب أن يتبع الزنك دائمًا الفضة، أو العكس، اعتمادًا على موضعهما في الزوج الأول، ويتم إزاحة كل زوج بقرص مبلل. وهكذا، من هذه الطوابق، أقوم ببناء عمود من الارتفاع بحيث يمكن أن يقف دون أن ينهار." من أي نموذج فيزيائي متاح، من أي معادلات يتبع هذا البناء؟ فقط من استعارة بيولوجية - من التشبيه مع الأعضاء الكهربائية لثعبان البحر والراي اللساع. ويجب القول أن فولتا لا يخفي هذا على الإطلاق، علاوة على ذلك، فهو يدعي أن الأعضاء الكهربائية للأسماك مبنية وتعمل على نفس المبدأ.

دعونا نتخيل أنه ليس الفيزيائي فولتا، ولكن عالم الفسيولوجي جالفاني، بعد أن أثبت وجود فرق جهد الاتصال، سيؤكد وجود مصدر أبدي للتيار بسبب الاتصال البسيط للمعادن غير المتشابهة. هل سيغفر له عدم شرح دور المنحل بالكهرباء والظواهر الكيميائية عند حدود الأقطاب الكهربائية وعدم التنبؤ بقانون الحفاظ على الطاقة؟

المسيرة المنتصرة للمجازيين

منذ هذه اللحظة، تحاول النظرية الكهربائية في الفيزياء عزل نفسها عن علم وظائف الأعضاء: من المؤكد أن «المفتاح الذهبي» موجود بين يديها بالفعل، وهي في عجلة من أمرها لفتح أبواب خزانتها معهم. تسبب عضو كهربائي اصطناعي مقطوع من اللحم الحي وألقي على مذبح العلوم الفيزيائية في حدوث حركات قوية لقوى فكرية هائلة. في كل مكان من سانت بطرسبرغ إلى العالم الجديد، تم إنشاء أعمدة فولتية أكثر قوة على عجل. كانت هناك أسباب للتسرع: أولئك الذين كانوا أول من درس قوانين التيار الكهربائي سيُدرجون إلى الأبد في تاريخ العلم. من هو الأكثر دراية بالوعي الجماهيري: رئيس الدير نول الأكثر موثوقية وماشينبروك العظيم، الذي درس الكهرباء قبل اختراع المصدر الحالي، أو أوم، كيرشوف، أورستد وأمبير، الذين كان لديهم عناصر كلفانية؟

ولكن في هذا التقدم القوي نحو معادلات ماكسويل الأربع ذات المجهولات السبعة، كان هناك شخصية رئيسية تقف منفصلة بشكل واضح - أبو النظرية الكهربائية، مايكل فاراداي.

إن الخدمات التي يقدمها مايكل فاراداي للفيزياء عديدة لدرجة أنه سيكون من غير المجدي فصله عن الفيزياء. وفي الوقت نفسه، يتجاهل فاراداي، لسوء الحظ، بوضوح الدور القيادي والحاسم للرياضيات في بحثه. كم عدد "دموع التماسيح" التي ألقيت على الطفولة الصعبة لصانع الأحذية المتدرب، والتي حرمت فاراداي من فرصة الحصول على تعليم رياضي محترم وفهم الصيغ التي استخدمها بواسون أو أمبير بكثرة. وفي الوقت نفسه، لم يكن لدى فاراداي نفسه عقدة كبيرة بشأن هذا الأمر. وبالطبع، فهو يتجاهل الحظر غير المعلن لدراسة الكهرباء في الكائنات الحية، وهذا يعني، على وجه الخصوص، أنه يقوم بإجراء تجارب على الأسماك الكهربائية. المهمة، بطبيعة الحال، قديمة، كلفاني - لتعلم استعادة الحيوية بشكل مصطنع. لكن النموذج مختلف بالفعل: فالسائل العصبي مادة أكثر دقة من المادة الكهربائية. والأعضاء الكهربائية للأسماك هي محولات للقوة الحيوية إلى تيار كهربائي. كانت المهمة التي حددها فاراداي لنفسه هي التحول العكسي. وهو يجري تجارب على إعادة شحن البطاريات الفارغة لثعبان البحر الكهربائي من أجل استعادة حيويته بسرعة أكبر. لسوء الحظ، لم تتوج هذه التجارب الرائعة بالنجاح: فالطبيعة لم توفر إمكانية إعادة شحن الأسماك الكهربائية من الخارج. للأسف، أضاف هذا الخطأ حججًا لأولئك الذين اعتبروا أنه من الأخلاق السيئة أن يهتم الفيزيائيون بعلم وظائف الأعضاء. بعد العمل التجريبي لفاراداي، تم تحديد معالم القارة، التي كان لويجي جالفاني من بين أول من وطأتها قدمه، بشكل عام - اكتسبت ظاهرة النظرية الكهرومغناطيسية الكلاسيكية اكتمالًا عمليًا. خلال هذا الوقت، استقر العشرات من علماء الرياضيات بسرعة في المنطقة الجديدة، مما أعطاها مظهرًا حضاريًا يمكن إظهاره وتدريب محترفين جدد. "الكنيسة" الجديدة، التي أصبحت عليها الفيزياء بالفعل، اعتقدت جديًا أن الآلهة تتحدث بلغة المعادلات التفاضلية. نعم، بالطبع، أشار جيمس كليرك ماكسويل صراحةً إلى أن الرياضيات مجرد استعارة علمية. لكن إعادة كتابة تاريخ الفيزياء كان المقصود منها توضيح قوة الاستنتاجات الرياضية، التي مهدت الطريق السريع للعلم، مثل مدحلة الأسفلت. هل قدمت اكتشافات السيد جالفاني ضمانًا دقيقًا لصحة الاستنتاجات الرياضية؟ حسنا، بالطبع لا. فهل من عجب أنه لا يعد من علماء الفيزياء؟ وفولتا - هو أيضًا لم يكن ناجحًا جدًا من حيث الاستنتاجات الرياضية الدقيقة، فلماذا يتساهل؟ على الأرجح، لإنجازات تقنية كبيرة. للفيزياء مصلحة حيوية (ومادية) في أن تُعرف بأنها المصدر والحاضنة لجميع الأفكار التقنية الجديدة. يجب أن يكون مؤلف الاختراع التقني الذي يصنع حقبة جديدة فيزيائيًا معترفًا به؛ وبدون ذلك، يصبح الدور الرائد والمحدد للعلوم الفيزيائية والرياضية في التقدم التقني موضع تساؤل. ومع ذلك، في قائمة المبدعين للنظرية الكهربائية وفقا لماكسويل، بالإضافة إلى فاراداي، تم تسمية ما يلي: كولومب، كافنديش، لابلاس، بواسون، أورستد، أمبير، فورييه، ويبر، نيومان. هنا لا يوجد جالفاني فحسب، بل يوجد أيضًا فولتا. إن الخلاف حول مصدر السائل الكهربائي، من وجهة نظر ماكسويل، غير علمي: "إن المصطلح القديم والشعبي "المائع الكهربائي"، والذي نأمل أن يكون قد تم نفيه إلى الأبد إلى عالم صفحات الصحف، تم إصلاحه في وقت ما". انتباه الناس إلى تلك الأجزاء الخاصة من الأجسام التي يفترض وجود هذا السائل فيها." إذن ما الذي كان يتجادل حوله جالفاني وفولتا؟ يمكن الإجابة على هذا السؤال بطرق مختلفة. سيقول شخص ما أن جالفاني، في الواقع، لم يجادل مع فولتا. لم يجادل فولتا في الغالب مع جالفاني بقدر ما جادل مع نفسه. ودافع جالفاني عن حق العالم في الشعور بالحقيقة في تحدٍ للاستنتاجات المقنعة التي توصل إليها المحترفون في عصره، وفي النهاية تبين أنه كان على حق، بغض النظر عما كتبه الفيزيائيون الموثوقون. لعبت الرياضيات دورًا كبيرًا في حماية الفيزياء من الأشخاص العشوائيين. من الصعب أن نختلف مع خطر تشويه سمعة العلم من قبل الهواة الذين لا يمتلكون معرفة شاملة. ولكن ما مدى تبرير كفاح الفيزيائيين من أجل نقاء صفوفهم من خلال إسكات أسماء ومزايا المكتشفين الحقيقيين والانفصال عن طبيعة المشكلات التي حلوها؟ هل ما زال أحد يؤمن جديًا بأن الله والطبيعة يتحدثان حصريًا بلغة المعادلات التفاضلية والتكاملية؟

لويجي جالفاني

بعد الحالات الأولى من الصدمة الكهربائية، كما رأينا، ظهرت افتراضات وآمال معقولة بأن المادة الجديدة ستكون قادرة على تخفيف أو علاج الأمراض التي تعاني منها البشرية. وقد أكد اكتشاف جرة ليدن هذه الافتراضات وعزز الأمل. وعندما تمكن فرانكلين أخيرا من استخراج الكهرباء من الغيوم، وبعد ذلك بقليل، تلقى ليمونير الكهرباء في طقس صاف، بدأ يبدو "كما لو أن الطبيعة كلها أصبحت كهربائية". وإذا كانت الطبيعة كلها كهربائية، فإن حياة الإنسان، الجسدية والروحية، يجب أن تتحدد من خلال التدفق عبر الأوردة والعضلات لهذه المادة الغامضة. ومن هنا ظهرت فكرة الكهرباء الحيوانية، وهي المنظم الرئيسي لحياة الحيوانات بشكل عام والإنسان بشكل خاص.

لويجي جالفاني. صورة لفنان غير معروف

في عام 1773، ظهرت مذكرات كتبها جون والش (؟-1795)، تثبت الطبيعة الكهربائية للخاصية المعروفة للأسماك، والتي أطلق عليها منذ ذلك الحين اسم الراي اللساع الكهربائي. لم يكن فيلهلم غريفساند وموسشنبريك راضين عن التفسير الميكانيكي الموجود مسبقًا لعمل هذه السمكة، فقد طرحوا أيضًا افتراضًا حول طبيعتها الكهربائية، لكنهم لم يؤكدوه بأي تجارب. تم إجراء بعض التجارب في هذا الاتجاه من قبل باين (1745-1798)، لكنها مرت دون أن يلاحظها أحد. وهكذا، كان يُنظر إلى مذكرات والش على أنها اكتشاف وكان لها انطباع قوي. ويبين تجريبيا أن ظاهرة التأثير من منحدر كهربائي يمكن إعادة إنتاجها باستخدام الكهرباء الاصطناعية. تنتهي مذكرات والش، المكتوبة كرسالة إلى فرانكلين، بما يلي:

"إنه لمن دواعي سروري أن أرسل لك هذه الرسائل. أولئك الذين تنبأوا وأظهروا العلاقة بين الكهرباء والبرق الجوي الرهيب يدركون تمامًا أن الكهرباء موجودة في أعماق المحيط على شكل برق لطيف، صامت وغير مرئي. سيكون من دواعي سرور أولئك الذين قاموا بتحليل الجرار المشحونة أن يروا أن قوانينهم صالحة أيضًا للجرار الحية. "أولئك الذين أصبحوا كهربائيين بالعقل سوف يحترمون الكهربائي بالفطرة، الذي وهبته الطبيعة منذ ولادته بجهاز رائع والقدرة على استخدامه" (جون والش، عن الخاصية الكهربائية للطوربيد، فيل. معاملات روي. سوك لندن، 1809، الثالث عشر، 477 (1773)).

أعقب مذكرات والش العديد من الأعمال الأخرى المخصصة للدراسة الفيزيائية والتشريحية للراي اللاسع الكهربائي. من بينها، تبرز مذكرات كافنديش (1776)، والتي، بالإضافة إلى بعض البيانات التي كانت مهتمة بمسألة قياس المقاومة الكهربائية، تم وصف "منحدر كهربائي اصطناعي"، حيث يتم توفير الكهرباء بواسطة بطارية من جرات ليدن. تم غمر هذه الأداة الغريبة في مياه مملحة بنفس مستوى ملوحة البحر. في هذه الحالة، لوحظت نفس التأثيرات كما هو الحال مع عمل الراي اللساع.

تجارب جالفاني الأولى. (Memorie ed esperimenti inediti di Luigi Galvani، 1937).

خلال فترة الوفرة القصوى للمنشورات التي أعقبت عمل والش، انقسم الفيزيائيون إلى معسكرين: اعتبر البعض أن الكهرباء الحيوانية هي سمة "الأسماك الكهربائية" فقط، في حين عزاها آخرون إلى جميع الحيوانات بشكل عام. وقد اخترع علماء وظائف الأعضاء في ذلك الوقت، بدورهم، لأنفسهم، دون أي أساس تجريبي، "خلاصات حيوانية"، تشبه السائل الكهربائي، ولكنها غير محددة. الجواهر التي تتدفق عبر الأعصاب هي المسؤولة عن نقل الأحاسيس إلى الدماغ وتقلص العضلات الإرادي نتيجة للنبضات الإرادية. وعلى خلفية هذا المحيط من الفرضيات التي لا أساس لها من الصحة، والأفكار المشوشة، والقياسات الخاطئة، والهواجس الغامضة، بدأت أبحاث لويجي جالفاني، الذي ولد في بولونيا في التاسع من سبتمبر عام 1737 وتوفي هناك في الرابع من ديسمبر عام 1798.

في عام 1773، بدأ جالفاني، وهو أستاذ علم التشريح في جامعة بولونيا، دراسة تشريحية للحركات العضلية للضفادع، وفي عام 1780 أجرى عليها تجاربه الكهربية الفسيولوجية الأولى. بعد سنوات من البحث والتجريب، نشر نتائجه في أطروحته الشهيرة "De vlribus electricitatis in motu musculari commentarius" ("دراسة عن قوى الكهرباء في الحركة العضلية")، والتي نُشرت في "التعليقات" لأكاديمية بولونيا وأعيد نشرها. في العام التالي بواسطة ابن أخ جالفاني جيوفاني ألديني، الذي أضاف بعض التعليقات وعملًا واحدًا إلى الأطروحة. في عام 1937، نشر إنريكو بيناسي أول ترجمة إيطالية لهذه الرسالة مع نص لاتيني موازٍ (Memorie ed esperimenti inediti di Luigi Galvani، Bologna، 1937، pp. 83-192).

يحكي جالفاني ما يلي عن ظروف اكتشافه:

«لقد قمت بتقطيع الضفدع وتشريحه كما هو موضح في الشكل س، ووضعته على الطاولة التي توجد عليها الآلة الكهربائية، منفصلة تمامًا عن موصل الأخيرة وعلى مسافة كبيرة منه. عندما لمس أحد مساعدي بطرف مشرط بطريق الخطأ الأعصاب الفخذية الداخلية لهذا الضفدع ، بدأت على الفور جميع عضلات الأطراف في الانقباض لدرجة أنها بدا وكأنها سقطت في تشنجات منشطة شديدة. لاحظ آخر منهم، الذي ساعدنا في تجارب الكهرباء، كيف بدا له أن هذا كان ناجحًا عندما تم استخلاص شرارة من موصل الآلة. فوجئ بالظاهرة الجديدة، ولفت انتباهي إليها على الفور، على الرغم من أنني كنت أفكر في شيء مختلف تمامًا وكنت مستغرقًا في أفكاري. ثم اشتعلت لدي رغبة شديدة في التحقيق في هذه الظاهرة وتسليط الضوء على ما كان مخفيًا فيها" (De viribus electricitatis in motu musculari commentarius، في كتاب Opereedite ed medite del Professore Luigi Galvani raccolte e publicate per cura dell Accademia delle Scienze dell" Istituto di Bologna، Bologna، 1841، p. 63. (توجد ترجمة روسية في الكتاب: L. Galvani، A. Volta، أعمال مختارة عن الكهرباء الحيوانية، M.-L.، 1937.)).

تجارب جالفا المتنوعة. (Memorie ed esperimenti inediti di Luigi Galvani، 1937).

أكدت العديد من التجارب اللاحقة التي أجراها جالفاني أن هذه الظاهرة تحدث تمامًا كما لاحظ مساعده: بمجرد إزالة الشرارة من الآلة، في كل مرة يصاب الضفدع بارتعاش متشنج إذا لمس المجرب أعصابه في تلك اللحظة بموصل. تم الحصول على نفس النتائج في حيوانات أخرى، سواء من ذوات الدم البارد أو الحار، وكذلك في الحالات التي تم فيها استخلاص الشرارة من جرة ليدن أو الكهربي.

لقد أصبح من الضروري الآن، كما يتابع جالفاني في الجزء الثاني من عمله، تحديد ما إذا كانت كهرباء الغلاف الجوي لا تسبب نفس التأثيرات التي تسببها الكهرباء الاصطناعية. ولهذا الغرض، مد سلكًا طويلًا فوق منزله وعلق الضفادع منه بواسطة الأعصاب الفخذية، التي تم ربط سلك آخر طويل جدًا بأرجلها، وتم إنزالها في الماء في البئر، ولاحظ أنه "... مرات عديدة" كما يومض البرق، لأن جميع العضلات في نفس اللحظة سقطت في أقوى الانقباضات المتكررة" (المرجع نفسه، ص 76-80).

علاوة على ذلك، حدثت تقلصات العضلات ليس فقط في وقت وميض البرق، ولكن أيضا أثناء السماء العاصفة، عندما مرت السحب بالقرب من موقع الموصل.

ومن هذه التجارب، يواصل جالفاني في الجزء الثالث من العمل، تنشأ رغبة في التحديد التجريبي ما إذا كان تقلص عضلات الضفدع ناجمًا ليس فقط عن المظاهر العنيفة لكهرباء الغلاف الجوي، ولكن أيضًا عن "الكهرباء الهادئة وتحت ضوء واضح" سماء."

ولهذا الغرض، أعد عدة ضفادع وعلقها على خطافات نحاسية من الشباك الحديدية التي كانت تحيط بالحديقة المعلقة بمنزله. لاحظ عدة مرات تقلصات العضلات وأرجعها إلى التغيرات في حالة الكهرباء في الغلاف الجوي:

لكنه سرعان ما رأى أن أيًا من هذه التخفيضات لم يتم تفسيرها فعليًا بالتغيرات في حالة الغلاف الجوي. ثم قرر مواصلة التجارب في المنزل: فجهز الضفدع، ووضعه على الطاولة، وربط خطافًا بحبله الشوكي، ولمس الأجزاء الأخرى بالطرف الآخر، فظهرت «نفس الانقباضات، ونفس الحركات. " قام جالفاني بتغيير الظروف التجريبية بطرق مختلفة، وتوصل دائمًا إلى نفس النتائج.

«لم تكن هذه النتيجة مفاجئة لنا، وبدأت تثير فينا بعض الشكوك بشأن الكهرباء الكامنة في الحيوان نفسه. وبدا لي أنه مع هذه الظاهرة يبدو أن السائل يتدفق من الأعصاب إلى العضلات وتتشكل سلسلة، كما هو الحال في جرة ليدن” (المرجع نفسه، ص 76-80).

حولت التجارب اللاحقة هذا الافتراض إلى ثقة: في كل مرة يتم فيها ربط عضلات وأعصاب ضفدع مقتول ومُشرَّح حديثًا بقوس معدني، يحدث تقلص العضلات على الفور.

جذبت إحدى الظروف التجريبية انتباه جالفاني لدرجة أنه ذكرها على وجه التحديد: تكون الانقباضات أقوى بكثير إذا كان القوس المعدني يتكون من معدنين مختلفين.

"لذلك، على سبيل المثال، إذا كان القوس من الحديد والخطاف من الحديد، فغالبًا ما تكون الانقباضات إما غائبة أو غير مهمة للغاية. ومع ذلك، إذا كان أحد هذه الأشياء، على سبيل المثال، هو الحديد، والآخر هو النحاس، أو، وهو أفضل بكثير، الفضة (الفضة، مقارنة بالمعادن الأخرى، تبدو لنا الأكثر ملاءمة لتوصيل الكهرباء الحيوانية)، إذن أصبحت الانقباضات على الفور أكثر نشاطًا وأطول أمداً. "(المرجع نفسه ص 84 ، 100).

وبناء على هذه التجارب يعتبر جالفاني أنه يحق له أن يبدأ الجزء الرابع والأخير من عمله:

"مما تعلمناه وحققنا فيه حتى الآن، أعتقد أنه يمكننا، مع وجود سبب كافٍ، أن نستنتج أن الكهرباء متأصلة في الحيوانات، والتي سمحنا لأنفسنا أن نطلق عليها، مع بيرتولونيوس وآخرين، اسمًا عامًا لـ "الحيوان". (المرجع نفسه ص 84، 100).

وبالتالي، فإن الغرض من الجزء الرابع من عمله هو إظهار أن الكهرباء الحيوانية هي من نفس طبيعة ونفس خصائص كهرباء "الآلة". لاحقًا، في عمل صدر عام 1795، ونُشر عام 1797 وكُتب كرسالة إلى سبالانزاني، حدد جالفاني نظرية الكهرباء الحيوانية بشكل أكمل: تتراكم هذه الكهرباء في حالة غير متوازنة في الأنسجة العضلية؛ من خلال العصب الملامس للعضلة، يمر إلى قوس معدني، ومن خلاله يعود مرة أخرى إلى العضلة. بمعنى آخر، تشكل العضلات والأعصاب، وفقًا لجالفاني، بطانتين من جرة ليدن.

علم وظائف الأعضاء. الموضوع والأساليب. الآثار المترتبة على الطب. قصة قصيرة

طرق البحث الفسيولوجي

الملاحظة كوسيلة للبحث الفسيولوجي. التطور البطيء نسبيًا لعلم وظائف الأعضاء التجريبي على مدى قرنين من الزمان بعد عمل V. Harvey يرجع إلى انخفاض مستوى إنتاج وتطوير العلوم الطبيعية، فضلاً عن النقص في دراسة الظواهر الفسيولوجية من خلال ملاحظتها المعتادة. كانت هذه التقنية المنهجية ولا تزال سببا في العديد من الأخطاء، حيث يجب على المجرب إجراء التجارب، ورؤية وتذكر العديد من العمليات والظواهر المعقدة، وهي مهمة صعبة. إن الصعوبات التي تنشأ عن طريقة المراقبة البسيطة للظواهر الفسيولوجية تتجلى ببلاغة في كلمات هارفي: "إن سرعة حركة القلب لا تجعل من الممكن التمييز بين كيفية حدوث الانقباض والانبساط، وبالتالي من المستحيل معرفة في أي لحظة وفي أي جزء يحدث التوسع والانكماش. والحقيقة أنني لم أستطع التمييز بين الانقباض والانبساط، ففي كثير من الحيوانات يظهر القلب ويختفي في غمضة عين، بسرعة البرق، فبدا لي أنه مرة كان انقباض وهنا انبساط، وآخر الوقت كان على العكس من ذلك. هناك اختلاف وارتباك في كل شيء”.

في الواقع، العمليات الفسيولوجية هي ظواهر ديناميكية. إنهم يتطورون ويتغيرون باستمرار، لذلك من الممكن مراقبة 1-2 فقط أو، في أحسن الأحوال، 2-3 عمليات. ومع ذلك، من أجل تحليلها، من الضروري إنشاء علاقة بين هذه الظواهر والعمليات الأخرى التي تمر دون أن يلاحظها أحد مع طريقة البحث هذه. ونتيجة لذلك، فإن الملاحظة البسيطة للعمليات الفسيولوجية كطريقة بحث هي مصدر للأخطاء الذاتية. عادةً ما تسمح لنا الملاحظة بتحديد الجانب النوعي فقط من الظواهر وتجعل من المستحيل دراستها كمياً.

كان من المعالم المهمة في تطور علم وظائف الأعضاء التجريبي هو اختراع الكيموغراف وإدخال طريقة تسجيل ضغط الدم بيانياً على يد العالم الألماني كارل لودفيج في عام 1847.

التسجيل الرسومي للعمليات الفسيولوجية. شكلت طريقة التسجيل الرسومي مرحلة جديدة في علم وظائف الأعضاء. لقد جعل من الممكن إجراء تسجيل موضوعي للعملية قيد الدراسة، مما يقلل من احتمال حدوث أخطاء ذاتية. وفي هذه الحالة يمكن إجراء تجربة وتحليل الظاهرة قيد الدراسة على مرحلتين. خلال التجربة نفسها، كانت مهمة المجرب هي الحصول على تسجيلات - منحنيات - كيلوغرامات عالية الجودة. يمكن إجراء تحليل البيانات التي تم الحصول عليها في وقت لاحق، عندما لم تعد التجربة مشتتة انتباه المجرب. جعلت طريقة التسجيل الرسومية من الممكن التسجيل في وقت واحد (بشكل متزامن) ليس عملية واحدة، ولكن العديد من العمليات الفسيولوجية.

بعد فترة وجيزة من اختراع طريقة تسجيل ضغط الدم، تم اقتراح طرق لتسجيل انقباض القلب والعضلات (إنجلمان)، وتم تقديم تقنية نقل الهواء (كبسولة ماري)، مما جعل من الممكن التسجيل، أحيانًا بمعدل مسافة كبيرة من الجسم، وعدد من العمليات الفسيولوجية في الجسم: حركات الجهاز التنفسي للصدر والبطن، والتمعج والتغيرات في نغمة المعدة والأمعاء، وما إلى ذلك. تم اقتراح طريقة لتسجيل التغيرات في نغمة الأوعية الدموية (تصوير التحجم في موسو)، وحجم الأعضاء الداخلية المختلفة - قياس الأورام، وما إلى ذلك.

بحث الظواهر الكهربائية الحيوية. تميز الاتجاه المهم للغاية في تطور علم وظائف الأعضاء باكتشاف "الكهرباء الحيوانية". أظهر L. Galvani أن الأنسجة الحية هي مصدر للإمكانات الكهربائية التي يمكن أن تؤثر على أعصاب وعضلات كائن حي آخر وتسبب تقلص العضلات. منذ ذلك الحين، ولمدة قرن تقريبًا، كان المؤشر الوحيد للإمكانات التي تولدها الأنسجة الحية (الإمكانات الكهربية الحيوية) هو الإعداد العصبي العضلي للضفدع. وساعد في اكتشاف الإمكانات التي يولدها القلب أثناء نشاطه (تجربة كوليكر ومولر)، وكذلك الحاجة إلى توليد مستمر للجهد الكهربائي من أجل انقباض العضلات المستمر (تجربة “الكزاز الثانوي” لماتيوتشي). أصبح من الواضح أن الإمكانات الكهربية الحيوية ليست ظواهر عشوائية (جانبية) في نشاط الأنسجة الحية، ولكنها إشارات تنتقل بمساعدتها "الأوامر" في الجسم إلى الجهاز العصبي ومنه إلى العضلات والأعضاء الأخرى. وهكذا تتفاعل الأنسجة الحية باستخدام "اللسان الكهربائي".

وكان من الممكن فهم هذه "اللغة" في وقت لاحق، بعد اختراع الأجهزة الفيزيائية التي التقطت الإمكانات الكهربية الحيوية. كان أحد هذه الأجهزة الأولى عبارة عن هاتف بسيط. اكتشف عالم الفسيولوجي الروسي الرائع N. E. Vvedensky باستخدام الهاتف عددًا من أهم الخصائص الفسيولوجية للأعصاب والعضلات. باستخدام الهاتف، تمكنا من الاستماع إلى الإمكانات الكهربية الحيوية، أي. استكشافها من خلال الملاحظة. كانت الخطوة المهمة إلى الأمام هي اختراع تقنية التسجيل الرسومي الموضوعي للظواهر الكهربية الحيوية. اخترع عالم الفسيولوجيا الهولندي أينتهوفن الجلفانومتر الخيطي - وهو الجهاز الذي جعل من الممكن تسجيل الإمكانات الكهربائية الناشئة أثناء نشاط القلب على فيلم فوتوغرافي - مخطط كهربية القلب (ECG). في بلدنا، كان رائد هذه الطريقة أكبر عالم فيزيولوجي، طالب I. M. سيتشينوف وآي. بافلوفا أ.ف. سامويلوف، الذي عمل لبعض الوقت في مختبر أينتهوفن في لايدن.

وسرعان ما انتقل تخطيط كهربية القلب من المختبرات الفسيولوجية إلى العيادة باعتباره وسيلة مثالية لدراسة حالة القلب، ويدين ملايين المرضى اليوم بحياتهم لهذه الطريقة.

أتاحت التطورات اللاحقة في مجال الإلكترونيات إنشاء أجهزة تخطيط كهربية القلب المدمجة وطرق مراقبة القياس عن بعد، مما جعل من الممكن تسجيل تخطيط كهربية القلب والعمليات الفسيولوجية الأخرى لدى رواد الفضاء في مدار أرضي منخفض، وفي الرياضيين أثناء المسابقات، وفي المرضى في المناطق النائية، حيث يتم نقل المعلومات عبر أسلاك الهاتف إلى مؤسسات متخصصة كبيرة لإجراء تحليل شامل.

كان التسجيل الرسومي الموضوعي للإمكانات الكهربية الحيوية بمثابة الأساس لأهم فرع من فروع علمنا - الفيزيولوجيا الكهربية. كانت الخطوة الرئيسية إلى الأمام هي اقتراح عالم وظائف الأعضاء الإنجليزي أدريان باستخدام مكبرات الصوت الإلكترونية لتسجيل الظواهر الكهربية الحيوية. V.Ya. دانيلفسكي وف. كان برافديتش-نيمينسكي أول من سجل التيارات الحيوية في الدماغ. تم تحسين هذه الطريقة لاحقًا على يد العالم الألماني بيرغر. حاليًا، يتم استخدام تخطيط كهربية الدماغ على نطاق واسع في العيادة، بالإضافة إلى التسجيل الرسومي للإمكانات الكهربائية للعضلات (تخطيط كهربية العضلات) والأعصاب والأنسجة والأعضاء الأخرى المثيرة. هذا جعل من الممكن إجراء تقييم دقيق للحالة الوظيفية للأعضاء والأنظمة. كانت هذه الأساليب أيضًا ذات أهمية كبيرة لتطوير علم وظائف الأعضاء: فقد سمحت بفك رموز آليات نشاط الجهاز العصبي والأعضاء والأنسجة الأخرى، وآليات تنظيم العمليات الفسيولوجية.

كان أحد المعالم المهمة في تطور الفيزيولوجيا الكهربية هو اختراع الأقطاب الكهربائية الدقيقة، أي. أنحف الأقطاب الكهربائية، التي يبلغ قطر طرفها أجزاء من الميكرون. باستخدام المناورات الدقيقة، يمكن إدخال هذه الأقطاب الكهربائية مباشرة في الخلية ويمكن تسجيل الإمكانات الكهربية الحيوية داخل الخلايا. أتاحت تقنية الإلكترودات الدقيقة فك رموز آليات توليد الإمكانات الحيوية - وهي العمليات التي تحدث في أغشية الخلايا. تعتبر الأغشية أهم التكوينات، حيث تتم من خلالها عمليات تفاعل الخلايا في الجسم والعناصر الفردية للخلية مع بعضها البعض. لقد أصبح علم وظائف الأغشية البيولوجية - علم الأغشية - فرعا هاما من فروع علم وظائف الأعضاء.

طرق التحفيز الكهربائي للأعضاء والأنسجة. كان من المعالم الهامة في تطور علم وظائف الأعضاء هو إدخال طريقة التحفيز الكهربائي للأعضاء والأنسجة. الأعضاء والأنسجة الحية قادرة على الاستجابة لأي تأثير: حراري، ميكانيكي، كيميائي، إلخ. التحفيز الكهربائي بطبيعته قريب من "اللغة الطبيعية" التي تتبادل بها الأنظمة الحية المعلومات. كان مؤسس هذه الطريقة هو عالم الفسيولوجيا الألماني دوبوا ريموند، الذي اقترح "جهاز الزلاجة" الشهير (الملف التعريفي) للتحفيز الكهربائي بجرعات للأنسجة الحية.

حاليا، يتم استخدام المحفزات الإلكترونية لهذا الغرض، مما يجعل من الممكن الحصول على نبضات كهربائية من أي شكل وتردد وقوة. أصبح التحفيز الكهربائي وسيلة مهمة لدراسة وظائف الأعضاء والأنسجة. تستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع في العيادة. تم تطوير تصميمات للمحفزات الإلكترونية المختلفة التي يمكن زراعتها في الجسم. أصبح التحفيز الكهربائي للقلب وسيلة موثوقة لاستعادة الإيقاع والوظائف الطبيعية لهذا العضو الحيوي وأعاد مئات الآلاف من الأشخاص إلى العمل. وقد تم استخدام التحفيز الكهربائي للعضلات الهيكلية بنجاح، ويجري تطوير طرق التحفيز الكهربائي لمناطق الدماغ باستخدام الأقطاب الكهربائية المزروعة. يتم إدخال الأخير، باستخدام أجهزة التوجيه المجسم الخاصة، في مراكز عصبية محددة بدقة (بدقة أجزاء من المليمتر). هذه الطريقة، المنقولة من علم وظائف الأعضاء إلى العيادة، جعلت من الممكن علاج الآلاف من مرضى الأعصاب والحصول على كمية كبيرة من البيانات المهمة حول آليات الدماغ البشري (N.P. Bekhtereva).

بالإضافة إلى تسجيل الجهود الكهربائية ودرجة الحرارة والضغط والحركات الميكانيكية وغيرها من العمليات الفيزيائية، وكذلك نتائج تأثيرات هذه العمليات على الجسم، تستخدم الطرق الكيميائية على نطاق واسع في علم وظائف الأعضاء.

طرق البحث الكيميائي في علم وظائف الأعضاء. "لغة" الإشارات الكهربائية ليست الوحيدة في الجسم. التفاعل الكيميائي للعمليات الحيوية (سلاسل العمليات الكيميائية التي تحدث في الأنسجة الحية) شائع أيضًا. لذلك نشأ مجال من الكيمياء يدرس هذه العمليات - الكيمياء الفسيولوجية. اليوم تحولت إلى علم مستقل - الكيمياء البيولوجية، والكشف عن الآليات الجزيئية للعمليات الفسيولوجية. في التجارب، يستخدم علماء الفسيولوجيا على نطاق واسع الأساليب التي نشأت عند تقاطع الكيمياء والفيزياء والبيولوجيا، والتي بدورها أدت إلى ظهور فروع جديدة من العلوم، على سبيل المثال، الفيزياء البيولوجية، التي تدرس الجانب المادي للظواهر الفسيولوجية.

يستخدم عالم وظائف الأعضاء على نطاق واسع أساليب النويدات المشعة. تستخدم الأبحاث الفسيولوجية الحديثة أيضًا طرقًا أخرى مستعارة من العلوم الدقيقة. أنها توفر معلومات لا تقدر بثمن حقا في التحليل الكمي لآليات العمليات الفسيولوجية.

التسجيل الكهربائي للكميات غير الكهربائية. اليوم، يرتبط التقدم الكبير في علم وظائف الأعضاء باستخدام تكنولوجيا الراديو الإلكترونية. يتم استخدام أجهزة الاستشعار - محولات الظواهر والكميات غير الكهربائية المختلفة (الحركة والضغط ودرجة الحرارة وتركيز المواد المختلفة والأيونات وما إلى ذلك) إلى إمكانات كهربائية، والتي يتم بعد ذلك تضخيمها بواسطة مكبرات الصوت الإلكترونية وتسجيلها بواسطة ذبذبات الذبذبات. تم تطوير عدد كبير من الأنواع المختلفة من أجهزة التسجيل هذه، والتي تتيح تسجيل العديد من العمليات الفسيولوجية على راسم الذبذبات وإدخال المعلومات المستلمة في الكمبيوتر. يستخدم عدد من الأجهزة تأثيرات إضافية على الجسم (الموجات فوق الصوتية أو الموجات الكهرومغناطيسية، وما إلى ذلك). وفي مثل هذه الحالات، يتم تسجيل قيم معلمات هذه التأثيرات التي تغير بعض الوظائف الفسيولوجية. وتتمثل ميزة هذه الأجهزة في إمكانية تركيب مستشعر محول الطاقة ليس على العضو الذي تتم دراسته، بل على سطح الجسم. تخترق الموجات الصادرة عن الجهاز الجسم، وبعد أن تنعكس عن العضو الذي يتم فحصه، يتم تسجيلها بواسطة المستشعر. ويستخدم هذا المبدأ، على سبيل المثال، في بناء أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية التي تحدد سرعة تدفق الدم في الأوعية؛ تسجل صور rheographs و rheoplethysmographs التغيرات في المقاومة الكهربائية للأنسجة، والتي تعتمد على تدفق الدم إلى أعضاء وأجزاء مختلفة من الجسم. وميزة هذه الأساليب هي القدرة على دراسة الجسم في أي وقت دون عمليات أولية. بالإضافة إلى ذلك، فإن مثل هذه الأبحاث لا تضر الإنسان. تعتمد معظم الأساليب الحديثة للبحث الفسيولوجي في العيادة على هذه المبادئ. في روسيا، كان البادئ باستخدام التكنولوجيا الراديوية الإلكترونية للبحث الفسيولوجي هو الأكاديمي ف. بارين.

الطريقة التجريبية الحادة. لا يتم تحديد تقدم العلوم فقط من خلال تطوير العلوم التجريبية وطرق البحث. يعتمد ذلك إلى حد كبير على تطور تفكير علماء الفسيولوجيا، على تطوير المناهج المنهجية والمنهجية لدراسة الظواهر الفسيولوجية. منذ البداية وحتى الثمانينات من القرن الماضي، ظل علم وظائف الأعضاء علمًا تحليليًا. قامت بتقسيم الجسم إلى أعضاء وأنظمة منفصلة ودرست نشاطها بشكل منفصل. كانت التقنية المنهجية الرئيسية لعلم وظائف الأعضاء التحليلي هي إجراء تجارب على الأعضاء المعزولة. علاوة على ذلك، من أجل الوصول إلى أي عضو أو نظام داخلي، كان على عالم وظائف الأعضاء أن يشارك في تشريح الأحياء (القسم المباشر). وتسمى هذه التجارب أيضًا بالتجارب الحادة.

تم ربط حيوان التجربة بآلة وتم إجراء عملية معقدة ومؤلمة. لقد كان عملاً شاقاً، لكن العلم لم يعرف أي طريقة أخرى لاختراق أعماق الجسم. ولا يقتصر الأمر على الجانب الأخلاقي للمشكلة فحسب. إن التعذيب القاسي والمعاناة التي لا تطاق التي تعرض لها الحيوان قد أدى إلى تعطيل المسار الطبيعي للظواهر الفسيولوجية بشكل صارخ ولم يسمح لنا بفهم جوهر العمليات التي تحدث في الجسم في الظروف الطبيعية بشكل طبيعي. إن استخدام التخدير والطرق الأخرى لتخفيف الألم لم يساعد بشكل كبير. تثبيت الحيوان والتعرض للمواد المخدرة والجراحة وفقدان الدم - كل هذا تغير تمامًا وعطل الأداء الطبيعي للجسم. لقد تشكلت حلقة مفرغة. من أجل دراسة عملية أو وظيفة معينة لجهاز أو نظام، كان من الضروري اختراق الجسم بعمق، ومحاولة هذا الاختراق ذاتها عطلت المسار الطبيعي للعمليات الفسيولوجية، التي أجريت التجربة من أجل دراستها. بالإضافة إلى ذلك، فإن دراسة الأعضاء المعزولة لم تقدم فكرة عن وظيفتها الحقيقية في ظروف كائن حي كامل وغير متضرر.

طريقة التجربة المزمنة. كانت أعظم ميزة للعلم الروسي في تاريخ علم وظائف الأعضاء هي أن أحد أكثر ممثليها موهبة وذكاءً آي بي. تمكن بافلوف من إيجاد طريقة للخروج من هذا المأزق. آي بي. كان بافلوف مدركًا بشكل مؤلم لأوجه القصور في علم وظائف الأعضاء التحليلي والتجارب الحادة. لقد وجد طريقة للنظر بعمق إلى الجسد دون المساس بسلامته. كانت هذه طريقة للتجارب المزمنة التي تم إجراؤها على أساس "الجراحة الفسيولوجية".

على حيوان مُخدر في ظروف معقمة، يتم إجراء عملية معقدة أولاً للسماح بالوصول إلى عضو داخلي أو آخر، ويتم عمل "نافذة" في العضو المجوف، ويتم زرع أنبوب ناسور أو إخراج قناة الغدة وخياطتها الجلد. بدأت التجربة نفسها بعد عدة أيام، عندما تم شفاء الجرح، وتعافى الحيوان، ومن حيث طبيعة العمليات الفسيولوجية، لم يكن عمليا مختلفا عن الطبيعي والصحي. بفضل الناسور المطبق، كان من الممكن دراسة مسار بعض العمليات الفسيولوجية لفترة طويلة في ظل الظروف السلوكية الطبيعية.

الفيزياء الحيوية هو العلم الذي يدرس الظواهر الفيزيائية والفيزيائية والكيميائية التي تحدث في الكائنات الحية. يدرس هذا العلم أيضًا بنية وخصائص البوليمرات الحيوية، بالإضافة إلى تأثير العوامل الفيزيائية المختلفة على الكائنات الحية والأنظمة الحية.

لأطول فترة في تاريخ البشرية، كان يُعتقد أن العلوم "غير قابلة للامتزاج". لقد مرت قرون عديدة، وأدركت البشرية أنه من أجل مواصلة التطوير، من الضروري دراسة "العلوم الهجينة". تعود المحاولات الأولى في العالم لتطبيق الأساليب والأفكار الفيزيائية لدراسة الكائن الحي إلى القرن السابع عشر.

يرتبط التطوير الإضافي للفيزياء الحيوية بما يلي:

) دراسة أعمال لويجي جالفاني. طرح في أعماله وجود "الكهرباء الحيوانية" (المزيد حول هذا أدناه)؛

) دراسة أعمال ج. هيلمهولتز وكذلك دراسة وتطوير الصوتيات والبصريات؛

) دراسة ميكانيكا وطاقة الكائنات الحية.

) دراسة أعمال ص. لازاريف وأعمال يو بيرنشتاين وكذلك دراسة نظريات الإثارة الأيونية والغشائية.

تدرس الفيزياء الحيوية الأنظمة بأكملها دون تقسيمها إلى الأجزاء المكونة لها. إذا تم تمييز الأجزاء المكونة، ففي عملية "الفصل" هذا للجزء الخاص عن الكل، سيتم فقدان خصائص النظام بأكمله المهمة لمزيد من الوجود الطبيعي. سيكون لهذا في المقام الأول تأثير سلبي على العلوم الفيزيائية الحيوية نفسها. تعمل البوليمرات بشكل طبيعي فقط في ظل ظروف نظام متكامل غير مضطرب. ولذلك، يجب على علماء الفيزياء الحيوية ابتكار تقنيات وأساليب بحث جديدة. السمة الرئيسية لهذه الأساليب هي أنها تدرس البوليمرات بدقة في ظل الظروف التي تعيش فيها.

إذا تم انتهاك خصائص وعمليات الخلية، والتي تعتبر مهمة لمزيد من الوجود الطبيعي، فإن معلماتها الفيزيائية والكيميائية تتغير وفقًا لذلك. تحت تأثيرات معينة، قد تفقد الخلية عددًا من قدراتها (على سبيل المثال، القدرة على الاستقطاب)، على الرغم من أن مظهر الخلايا قد يبقى دون تغيير.

لكن الخلية لا يمكن أن تفقد قدراتها فحسب، بل تكتسب أيضا ما يسمى بالقطع الأثرية. قطعة أثرية للفيزياء الحيوية هي الهياكل والمركبات المشكلة حديثًا. السمة الرئيسية للقطع الأثرية هي أنها غير موجودة في خلايا سليمة، أي سليمة.

مع ظهور المجاهر، ومن ثم مع استخدام المجاهر الإلكترونية، توسعت حدود البحث في علم الأحياء والكيمياء والفيزياء الحيوية والعديد من العلوم الأخرى بشكل كبير. يحاول العلماء، باستخدام طرق المجهر الإلكتروني، الكشف عن تفاصيل البنية الدقيقة للمادة الجزيئية. وفي الوقت نفسه، قد يعثرون على القطع الأثرية. ما الذي يمكن أن يؤدي إليه هذا؟ إليك ما يلي:

) يمكن اكتشاف قطعة أثرية إذا كان لدى العالم قدر كاف من المعرفة والمعلومات، وأظهر أيضًا أقصى قدر من الاهتمام.

تواجه العلوم الفيزيائية الحيوية عددًا من المشكلات النظرية والعملية المعقدة. تقع هذه المهام ضمن اختصاص الفيزياء الحيوية، ويمكن أن تساعدها علوم أخرى:

) مسألة تبادل الطاقة في الركيزة البيولوجية؛

) دراسة دور الخواص والهياكل دون المجهرية والفيزيائية والكيميائية في حياة الخلايا والأنسجة؛

) حدوث الإثارة وأصل الإمكانات الكهربية الحيوية؛

أهمية المهمة الرابعة، أي المهمة المتعلقة بقضايا التنظيم الذاتي للعمليات الفيزيائية والكيميائية في الكائنات الحية، هي أنه تم تحديد الهياكل فوق الجزيئية الغائبة في الكائنات الحية في الاستعدادات النسيجية. لقد ثبت بشكل موثوق أن الخلايا الحية لها الخصائص التالية:

) وجود إمكانات كهربائية بين الخلية نفسها وبيئتها؛

) تحافظ الخلية الحية على التدرج الأيوني للبوتاسيوم والصوديوم بين الخلية وبيئتها؛

) القدرة على استقطاب التيار الكهربائي.

هذه الخصائص متأصلة فقط في الخلايا الحية. أحد أبرز الأدوار في تاريخ ظهور وتطور الفيزياء الحيوية لعبه العالم المتميز لويجي جالفاني.

ولادة علم الأحياء الكهربية

نحن لا نعرف دائمًا التواريخ المرتبطة بالعلماء العظماء في الماضي. على سبيل المثال، تاريخ ميلاد أرسطو غير معروف. بل إن الحديث عن عيد ميلاد العلم أصعب. ويبدو أنها تتطور بشكل مستمر ولا يمكن تحديد وقت ولادتها إلا بدقة تصل إلى عقد من الزمن، وأحيانًا حتى قرن من الزمان. لكن علم الأحياء الكهربية كان محظوظا في هذا الصدد، حيث يعتبر تاريخ ميلاده هو 26 سبتمبر 1786، وفي مثل هذا اليوم قام الطبيب والعالم الإيطالي لويجي جالفاني باكتشاف مهم، وقد بدأ العمل الذي أدى إلى هذا الاكتشاف بملاحظة واحدة.

هكذا وصف جالفاني نفسه الأمر في أطروحته عن القوى الكهربائية في الحركة العضلية، المنشورة عام 1791: "لقد قمت بقطع الضفدع وتشريحه... ومع وجود شيء مختلف تمامًا في ذهني، وضعته على طاولة عليها آلة كهربائية... مع فصل تام عن موصل الأخير وعلى مسافة كبيرة منه. عندما لمس أحد مساعدي بطرف مشرط بطريق الخطأ الأعصاب الفخذية الداخلية لهذا الضفدع ، بدأت على الفور جميع عضلات الأطراف في الانقباض لدرجة أنها بدا وكأنها سقطت في تشنجات منشطة شديدة. ولاحظ آخر منهم، ممن ساعدونا في تجارب الكهرباء، كيف بدا له أن هذا الأمر ناجح عندما تم استخراج شرارة من موصل الآلة... وتفاجأ بالظاهرة الجديدة، ولفت انتباهي إليها على الفور، على الرغم من أنني كنت أخطط لشيء مختلف تمامًا وكنت مستغرقًا في أفكاره. ثم انطلقت بحماسة لا تصدق ورغبة شديدة في استكشاف هذه الظاهرة وتسليط الضوء على ما كان مخفيًا فيها.

عندما تقرأ بداية هذه الرسالة، فإن اكتشاف جالفاني يبدو تقريبًا وكأنه حادث محض: لسبب ما، قام رجل بتشريح ضفدع على طاولة، حيث، لسبب ما، كانت هناك آلة كهربائية.

المعرض التاريخي

لذلك، 1786، نهاية القرن الثامن عشر - قرن التنوير، الذي كان للعلم ما كانت عليه القرون الخامس عشر والسادس عشر - عصر النهضة - للفن.

في جوهرها، نشأت العلوم الطبيعية بالمعنى الحقيقي للكلمة في هذا العصر. لقد تغير محتوى مفاهيم مثل العلم والعلماء؛ الآن لم يعتبر العالم لاهوتيًا، بل باحثًا في الطبيعة. بحلول نهاية القرن الثامن عشر، أصبح المنهج التجريبي راسخًا في العلوم وأثبت قوته؛ ظهرت أدوات مثل المجاهر والتلسكوبات. كان هناك إيمان بقوة العلم وقوته، وأمل في أن يؤدي تطور العلوم ونشر المعرفة إلى تغيير وجه العالم.

خلال عصر التنوير، كانت هناك دعاية واسعة النطاق للعلوم - شفهية ومطبوعة. في فرنسا من 1761 إلى 1788 تم نشر الموسوعة الشهيرة، حيث تم تحديد الإنجازات الرئيسية للعلم. يتم نشر العديد من الكتب المدرسية والكتب العلمية والشعبية. يلقي العلماء محاضرات عامة يحضرها الناس من جميع مناحي الحياة.

أظهر ممثلو طبقات المجتمع الأكثر تنوعًا اهتمامًا حادًا بالعلم - فقد بدأ سيداتي وسادتي البلاط ليس فقط في تمثيل الباليه الرعوي وكتابة الشعر اللاتيني، ولكن أيضًا في جمع المعشبات؛ لم يتفاخر الأغنياء بفضيات تشيليني فحسب، بل أيضًا بمجموعات من الفراشات النادرة أو حديقة بها نباتات خارجية.

ولم يدخل المنهج التجريبي في هذا الوقت في البحث العلمي فحسب، بل دخل أيضًا في تدريس العلوم وتعزيزها. وحدثت، كما يقولون الآن، طفرة تجريبية حقيقية. تم عرض التجارب ليس فقط بين المتخصصين، في الدوائر العلمية، ومختبرات الهواة، ولكن أيضًا في المحاضرات العامة وحتى في صالونات المحكمة. في بعض الأحيان يتم إجراء التجارب أمام الجميع، وغالبًا ما يتم إعطاء التجارب شكلاً مثيرًا للاهتمام - يجب أن تكون التجربة أقرب إلى خدعة سحرية! بتأثير غير متوقع." في منتصف القرن الثامن عشر تقريبًا، أصبح تقلص العضلات موضوع دراسة تجريبية من قبل العديد من العلماء. أظهر العالم السويسري أ. هالر في عدد من التجارب أن العضلات الهيكلية وعضلات المعدة وعضلات القلب تستجيب للتحفيز الميكانيكي والكيميائي والكهربائي المباشر. عندما تكون العضلة المقابلة خارج الجسم ومنفصلة عن الأعصاب. في عام 1763، قام أحد أتباع هالر، F. Fontana، باكتشاف مهم. وأظهر أن القلب يمكن أن يستجيب أو لا يستجيب لنفس المحفز، اعتمادًا على المدة التي يتم فيها تطبيق المحفز بعد الانكماش السابق. وكان دور الألياف العصبية، في ذلك الوقت، يحتفظ، من حيث المبدأ، بالتعريف الصحيح الذي قدمه العلماء القدماء. لقد اعتقدوا أن بعض التأثيرات تنتقل عبر الأعصاب - من الدماغ إلى العضلات ومن الحواس إلى الدماغ. ومع ذلك، بالفعل في القرن الثامن عشر، لم يعد هذا كافيا. أردت أن أفهم ما هي طبيعة الإشارات التي تتدفق على طول الأعصاب. ومن بين النظريات العديدة التي ظهرت في منتصف القرن الثامن عشر، تحت تأثير الانبهار العام بالكهرباء، ظهرت نظرية مفادها أن “السائل الكهربائي” ينتقل عبر الأعصاب. تم طرح هذه النظرية لأول مرة في عام 1743 كفرضية من قبل العالم الألماني هانسن. في عام 1749، دافع الطبيب الفرنسي دوفاي عن أطروحته حول هذا الموضوع أليس سائل الأعصاب كهرباء؟ . تم دعم نفس الفكرة في عام 1774 من قبل العالم الإنجليزي بريستلي.

وكانت الفكرة في الهواء. لكن هذا لا يمكن أن يفسر حقيقة أن مساعد الطبيب الإيطالي لويجي جالفاني، الذي كان يعمل في علم التشريح العملي، بالإضافة إلى التدريس في جامعة بولونيا، كان مندهشًا للغاية عندما لاحظ تقلصات ساق الضفدع، والتي تم الاتصال من آلة كهربائية. يمكن تفسير ذلك من خلال حقيقة أنه حتى الآن لم يتم ملاحظة التأثير المزعج إلا عندما يكون الجسم المشحون على اتصال مباشر مع العصب أو العضلات. قريباً دراسة عن القوى الكهربائية في الحركة العضلية جالفاني. وتقع في أيدي عالم الفيزياء الشهير والأستاذ بجامعة بافيا أليساندرو فولتا. لأول مرة بعد 10 أيام من الاستلام بحث، مقالة... بدأ فولتا في إجراء تجارب تؤكد نتائج جالفاني بشكل كامل. قرر فولتا إدخال مقياس في هذا المجال الجديد من العلوم، لأنه على حد تعبيره ...لا يمكنك أبدًا أن تفعل أي شيء ذي قيمة إلا إذا اختزلت الظواهر إلى درجات قياس، خاصة في الفيزياء . ولأن فولتا مهتم بالجانب الكمي للأشياء، فإنه يبحث عن الظروف التي يؤدي فيها الحد الأدنى من الشحن إلى الانكماش. وفي الوقت نفسه، اكتشف أن أفضل انكماش يحدث عندما يتم إغلاق قسمين مختلفين من العصب المجهز جيدًا بواسطة موصل خارجي. وهكذا أظهر أن العضلة ليست هي التي تفرغ في العصب، بل العصب هو الذي يستثار وينقل شيئا إلى العضلة. وهذا جعل فولتا يشك ليس فقط في صحة جالفاني النظرية، ولكن أيضًا في وجوده الكهرباء الحية . كان هذا بمثابة بداية الجدل الكبير بين أنصار فولتا وجالفاني. ولإثبات أنه كان على حق، أجرى جالفاني سلسلة من التجارب:

التجربة 1. تم أخذ عضلة يمتد منها عصب. تم قطع العصب وتلامسه مع العضلة بقضيب زجاجي. وفي لحظة اللمس، انقبضت العضلة. وأشار جالفاني إلى أن إعادة إنتاج هذه التجربة يتطلب عصبًا جديدًا.

التجربة 2. تم أخذ عضلتين مع أعصاب متفرعة. تم وضع أحد الأعصاب على شكل قوس، وتم وضع الثاني بحيث تلامس إحدى نقاطه المنطقة السليمة، والثاني أقرب ما يمكن إلى الجزء التالف. انقبضت العضلة المتصلة بالعصب الثاني.

التجربة 3. تم أخذ عضلتين مرة أخرى مع أعصاب متفرعة. تم وضع عصب العضلة الثانية على الأولى. كان العصب الأول متهيجًا، مما أدى إلى انقباض العضلة الثانية.

أثبتت هذه التجارب في الواقع أن الكهرباء تتولد في العضلات. لكن فولتا وأنصاره أرجعوا نتائج جالفاني إلى أسباب مختلفة:

اقترح فولتا ذلك محرك لا يمكن أن يكون السائل الكهربائي ملامسًا للمعادن فحسب، بل يمكن أيضًا أن يكون ملامسًا للسوائل المختلفة. بعد كل شيء، في جميع تجارب جالفاني كانت هناك سوائل مختلفة. هذا يعني أنه لا يمكنك التأكد من مصدر الكهرباء.

في جميع تجارب جالفاني، كانت الحركة الميكانيكية (إما تقلص العضلات أو حركة الأعصاب) موجودة. اقترح فولتا أن سبب تقلص العضلات هو الإثارة الميكانيكية.

وأخيرا، حتى لو كانت العضلة المنقبضة تثير العصب. ولكن لماذا يتم إثارة العصب بالكهرباء؟ ومن المعروف أن العصب يمكن أن يثار نتيجة لاختلاف الضغط ودرجة الحرارة. كانت هذه المناقشة بداية لعلم الأحياء الكهربية. ثم كان هناك دوبوا-ريموند، الذي ابتكر أدوات دقيقة لقياس التيارات الحيوية، ولكن، في رأيي، المبدعين الفعليين لعلم الأحياء الكهربية هم جالفاني فولتا.

القاعدة الأولى لجالفاني

في الفيزيولوجيا العصبية، أثيرت منذ فترة طويلة مسألة طبيعة النبض العصبي وانتشاره.

استخدم جالفاني، الذي يدرس تصريفات البرق، مستحضرًا عصبيًا عضليًا للضفدع. علقه جالفاني على خطاف نحاسي على درابزين الشرفة، ولاحظ أنه عندما لامست أرجل الضفدع الدرابزين الحديدي، حدث تقلص عضلي. وبناءً على ذلك، استنتج جالفاني وجود إشارة كهربائية في الجسم البيولوجي. لكن فولت دحض ذلك، حيث أثبت أن الإشارة الكهربائية نتيجة تفاعل معادن متضادة (النحاس والحديد) والإشارة الكهربائية تسبب انقباض الدواء العصبي العضلي. هذه هي القاعدة الأولى، التي تثبت أنه عند تطبيق إشارة أو محفز كهربائي، يتم إثارة جسم بيولوجي وتنقبض العضلات.

القاعدة الثانية لجالفاني

في محاولة لإثبات إمكانية حدوث نبض كهربائي في جسم بيولوجي، أجرى جالفاني التجربة الثانية. فأخذ مستحضراً عضلياً فأتلف العضلة وألقى عصباً على المنطقة المتضررة. وفي الوقت نفسه، تقلصت العضلات. وهكذا أثبت جالفاني أن نبضًا كهربائيًا يمكن أن ينشأ في جسم بيولوجي.

حكم ماتيوتشي

أثبت ماتيوتشي أن الزخم يمكن أن ينتقل من جسم إلى آخر. فأخذ مستحضرين عضليين وألقى عصب أحدهما على عضلة الآخر. ومن خلال تهييج العصب الحر، لاحظ تقلص عضلة العقارين الأول والثاني. وعلى هذا قدمت الأدلة.

إمكانات الغشاء (إمكانية الراحة)

باستخدام الدراسات الفيزيولوجية الكهربية، ثبت أن غشاء الخلية من الداخل والخارج مشحون بشكل مختلف. وهكذا، فقد ثبت أنه في حالة الراحة الفسيولوجية، هناك شحنة موجبة على السطح الخارجي للغشاء، وشحنة سالبة على السطح الداخلي. تم شرح طبيعة هذه الظاهرة من قبل برنشتاين وتشاجوفيتس. لقد أثبتوا أن الفرق في الشحنات يتحدد باختلاف تركيزات أيونات الصوديوم والبوتاسيوم والكلور داخل الخلية وخارجها. داخل الخلية، يكون تركيز أيونات البوتاسيوم أعلى 30-50 مرة، وتركيز أيونات الصوديوم أقل 8-10 مرات، وأيونات الكلور أقل 50 مرة. ووفقا لقوانين الفيزياء، إذا لم يتم تنظيم النظام الحي، فإن تركيز هذه الأيونات سيكون متساويا على جانبي الغشاء وسوف تختفي إمكانات الغشاء. لكن هذا لا يحدث، لأن... غشاء الخلية هو نظام نقل نشط. يحتوي الغشاء على قنوات خاصة لأيون معين، كل قناة محددة ويكون نقل الأيونات داخل الخلية وخارجها نشطًا إلى حد كبير. في حالة الراحة الفسيولوجية النسبية، تكون قنوات الصوديوم مغلقة، بينما تكون قنوات البوتاسيوم والكلوريد مفتوحة. يؤدي ذلك إلى خروج البوتاسيوم من الخلية ودخول الكلور إلى الخلية، مما يؤدي إلى زيادة عدد الشحنات الموجبة على سطح الخلية وانخفاض عدد الشحنات داخل الخلية. وهكذا تبقى شحنة موجبة على سطح الخلية وشحنة سالبة في الداخل. يضمن توزيع الشحنات الإلكترونية الحفاظ على إمكانات الغشاء.

إمكانات العمل

عند تطبيق التهيج، يزول استقطاب الغشاء، أي. الجانب الخارجي من الغشاء مشحون بشكل إيجابي، والجانب الداخلي مشحون بشحنة سالبة. وهذا التوزيع للشحنات، مقارنة بكمون الراحة، يرجع إلى إعادة توزيع أيونات الصوديوم والبوتاسيوم والكلور. أثناء إزالة الاستقطاب، تكون قنوات الصوديوم والبوتاسيوم مفتوحة، وتندفع هذه الكاتيونات على طول تدرج التركيز، أي. ينتقل الصوديوم إلى داخل الخلية ويخرج البوتاسيوم إلى خارجها، لكن دخول كاتيونات الصوديوم إلى الخلية أكبر بعدة مرات من خروج كاتيونات الصوديوم من الخلية. ويؤدي ذلك إلى تراكم الشحنات الموجبة على السطح الداخلي للغشاء، والشحنات السالبة على السطح الخارجي. وتسمى عملية إعادة توزيع الشحنات هذه بإزالة الاستقطاب.

في هذه الحالة، لا يتواجد غشاء الخلية لفترة طويلة (0.1-5 مللي ثانية). لكي تصبح الخلية قادرة على الإثارة مرة أخرى، يجب أن يستقطب غشاءها مرة أخرى، أي. العودة إلى الراحة المحتملة. لإعادة الخلية إلى إمكانات الغشاء، من الضروري "ضخ" كاتيونات الصوديوم والبوتاسيوم ضد تدرج التركيز. لأداء مثل هذا العمل، هناك حاجة إلى الطاقة، والتي تتركز في ATP. يتم تنفيذ هذا العمل بواسطة مضخة الصوديوم والبوتاسيوم. يتم ضمان حركة أيونات الصوديوم والبوتاسيوم بواسطة إنزيمات خاصة يتم تنشيطها باستخدام طاقة ATP (الشكل). إنزيم X قادر على جمع كاتيونات البوتاسيوم، ويشكل البوتاسيوم مركب Kx، الذي يكسر ويعزز كاتيونات البوتاسيوم في الخلية. يتم تنشيط الإنزيم x مرة أخرى، ويتغير شكله (بنيته) ويكتسب ألفة لأيون الصوديوم. عند الارتباط بأيون الصوديوم، يتم "دفع" الإنزيم خارج الخلية، وبالتالي تستعيد مضخة الصوديوم والبوتاسيوم الحالة الأولية لتركيز كاتيونات الصوديوم والبوتاسيوم، أي. يتم استعادة إمكانات الغشاء.

هيكل غشاء الخلية

غشاء الخلية هو نظام وظيفي معقد. يوفر التواصل بين الخلية والفضاء خارج الخلية. من خلال الغشاء، تستقبل الخلية إشارات منسقة، مما يؤدي إلى إعادة هيكلة عملية التمثيل الغذائي داخل الخلايا وفقًا للإشارة المستقبلة. في الوقت الحالي، يفكر الناس في بنية السائل الثفني لغشاء الخلية، ووفقًا لهذه الفكرة، تتكون الخلية من طبقتين من جزيئات الدهون الموجهة في الفضاء؛ في الهياكل المحبة للماء، يتم توجيه الجزيئات إلى داخل الخلية وخارجها، أي. حيث يوجد الماء في الهياكل الكارهة للماء، توجد الجزيئات داخل غشاء الخلية. بالإضافة إلى ذلك، يوجد في سمك الطبقة الدهنية جزيئات بروتينية تطفو مثل الجبال الجليدية في الطبقة الدهنية. تشكل جزيئات البروتين نظام بوابة من القنوات التي تسمح بالتنظيم النشط لتدفق الأيونات والمواد العضوية داخل وخارج الخلية؛ بالإضافة إلى ذلك، البروتينات المعقدة هي بروتينات سكرية تشكل هياكل مستقبلية على سطح الغشاء. تلتقط المستقبلات المواد النشطة بيولوجيًا، وتقوم بتشفير المعلومات وتنقل إشارة داخل الخلية.

إذا تم تهيج جزء من العصب أو الألياف العضلية، فإن الإثارة تحدث في ذلك الموقع. يحدث هذا الإثارة بسبب التقلبات في إمكانات الغشاء - إمكانات الفعل. يمكن أن يكون إما داخل الخلايا أو خارج الخلية. لفترة طويلة كان يعتقد أن إمكانات الفعل هي اختفاء قصير لإمكانية الراحة. أظهرت دراسات أخرى أن جهد الفعل لا يمثل اختفاء جهد الغشاء فحسب، بل يمثل أيضًا إزالة الاستقطاب اللاحق للغشاء.

يوضح الشكل أن الفرق بين الجوانب الخارجية والداخلية للغشاء هو 85 ميجاوات. عندما يتم تهيج تكوين مثير، تبدأ إمكانات الغشاء في الانخفاض، ويرجع ذلك إلى حقيقة أن كاتيونات الصوديوم تبدأ في دخول الخلية، وتبدأ كاتيونات البوتاسيوم في مغادرة الخلية. ونتيجة لهذه العمليات، تنشأ حالة عندما يتوازن حجم الشحنات الموجبة والسالبة على جانبي الغشاء ويصبح جهد الغشاء صفراً.

يؤدي المزيد من دخول كاتيونات الصوديوم إلى الخلية إلى إزالة استقطاب الغشاء، وتصل إمكانات الفعل إلى قيمة معينة (الذروة على الرسم البياني). في هذه اللحظة، يحدث أقصى قدر من الإثارة. بعد ذلك، يتم تشغيل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم وتنخفض مرحلة الرسم البياني. ومع إعادة توزيع الصوديوم والبوتاسيوم، يؤدي فرق الجهد إلى قيمة صفر. وبعد ذلك، تمت استعادة إمكانات الغشاء إلى 85 ميجاوات. تسمى المرحلة الصاعدة من الرسم البياني بمرحلة إزالة الاستقطاب، وتسمى المرحلة التنازلية من الرسم البياني بمرحلة إعادة الاستقطاب.

عند النقطة O، لوحظ حران الأنسجة المطلق، أي. المهيج بأي قوة مطبقة على الأنسجة لا يسبب الإثارة خلال هذه الفترة. خلال مرحلة عودة الاستقطاب، تحدث زيادة تدريجية في استثارة الأنسجة، أي. يمكن أن يسبب الحافز ذو القوة الأكبر ذروة إضافية من الإثارة - وتسمى هذه المرحلة بمرحلة الانكسار النسبي. يُطلق على قسم ثاني أكسيد الكربون اسم التجاوز.

عتبة التهيج

لكي يحدث إزالة الاستقطاب والإثارة اللاحقة، يجب أن يكون للحافز حجم معين. يُطلق على الحد الأدنى من قوة المحفز الحالي الذي يمكن أن يسبب الإثارة عتبة التهيج. تسمى القيمة التي تكون أعلى من العتبة بالعتبة الفائقة، وتسمى القيمة الموجودة أسفل العتبة بالعتبة الفرعية. تخضع التكوينات القابلة للإثارة لقانون "الكل أو لا شيء"، مما يعني أنه عند تطبيق التهيج بقوة تساوي العتبة، يحدث أقصى قدر من الإثارة. التهيج تحت قوة العتبة الفرعية لا يسبب تهيجًا.

اعتماد قوة التهيج على الوقت المحدد

لتوصيف قوة التحفيز الحالي من وقت تأثيره، يتم رسم منحنى يعكس المدة التي يجب أن يعمل فيها حافز العتبة أو العتبة الفائقة لإحداث الإثارة.

على الرسم البياني، يتم رسم وقت عمل التحفيز على محور الإحداثي، ويتم رسم قوة التحفيز الحالي على المحور الإحداثي.

إن عمل حافز قوة العتبة لن يسبب الإثارة إلا إذا استمر هذا التحفيز لفترة معينة.

يُطلق على الحد الأدنى من قوة التيار أو الإثارة التي يجب أن تعمل على التكوينات المثيرة للتسبب في التهيج اسم rheobase (رمز OS على الرسم البياني).

الحد الأدنى من الوقت الذي يجب أن يعمل خلاله الحافز بقوة قاعدة واحدة من أجل إحداث الإثارة يسمى الحد الأدنى من الوقت المفيد. (يشار إليه بـ "موافق" على الرسم البياني).

من أجل التطبيق العملي لقانون الزمن، تم تقديم مفهوم الكرونوكسيا - الحد الأدنى من الوقت الذي يجب أن يعمل خلاله الحافز الذي يساوي قوة ضعف الريوباس. (يشار إليه بـ OB على الرسم البياني).

شدة الزيادة في قوة التحفيز. إقامة

لا يعتمد حجم عتبة التهيج على مدة التحفيز الحالي فحسب، بل يعتمد أيضًا على شدة الزيادة. عندما ينخفض ​​معدل زيادة المحفز إلى أقل من قيمة معينة، لا يحدث الاستثارة، مهما زادت قوة المحفز. يحدث هذا لأنه في موقع تطبيق التحفيز، ترتفع العتبة باستمرار، وبغض النظر عن القيمة التي يتم إحضارها إلى التحفيز، لا يحدث الإثارة. تسمى هذه الظاهرة، وهي تكيف التكوين المثير مع قوة المنبه المتزايدة ببطء، بالتكيف.

تتميز التكوينات المثيرة المختلفة بمعدلات مختلفة من التكيف، وبالتالي كلما ارتفع معدل التكيف، زادت حدة الزيادة في المنبه.

لا ينطبق نفس القانون على المحفزات الكهربائية فحسب، بل ينطبق أيضًا على المحفزات الأخرى (المحفزات/المنشطات الكيميائية والميكانيكية).

القانون القطبي للتهيج.

تم اكتشاف هذا القانون لأول مرة بواسطة P.F. ريشة الطقس. لقد أثبت أن التيار المباشر له تأثير قطبي على الأنسجة القابلة للاستثارة. يتم التعبير عن ذلك في حقيقة أنه في لحظة إغلاق الدائرة، يحدث الإثارة فقط تحت الكاثود، وفي لحظة الافتتاح - تحت الأنود. علاوة على ذلك، تحت الأنود، عندما تكون الدائرة مفتوحة، يكون الإثارة أعلى بكثير مما كانت عليه عندما تكون مغلقة تحت الكاثود. وذلك لأن القطب الموجب الشحنة (الأنود) يسبب فرط استقطاب الغشاء، وعندما تلامس الأسطح الكاثود (مشحونة سالبا)، فإنه يسبب إزالة الاستقطاب.

قانون "الكل أو لا شيء".

وفقا لهذا القانون، فإن حافز قوة العتبة الفرعية لا يسبب الإثارة (لا شيء)؛ عند تحفيز العتبة، تأخذ الإثارة قيمة قصوى (كل شيء). الزيادة الإضافية في قوة المنبه لا تزيد من الإثارة.

لفترة طويلة كان يعتقد أن هذا القانون هو المبدأ العام للأنسجة القابلة للاستثارة. في الوقت نفسه، كان يعتقد أن "لا شيء" هو الغياب الكامل للإثارة، و "كل شيء" هو المظهر الكامل للتكوين المثير، أي. قدرته على الإثارة.

ومع ذلك، بمساعدة الدراسات الإلكترونية الدقيقة، ثبت أنه حتى في ظل تأثير التحفيز تحت العتبة في تكوين مثير، تحدث إعادة توزيع الأيونات بين الأسطح الخارجية والداخلية للغشاء. إذا تم، بمساعدة دواء دوائي، زيادة نفاذية الغشاء لأيونات الصوديوم أو تقليل نفاذية أيونات البوتاسيوم، فإن سعة جهود الفعل تزداد. وبالتالي، يمكننا أن نستنتج أن هذا القانون ينبغي النظر فيه فقط، كقاعدة عامة، تميز ميزات التكوين المثير.

إجراء التحفيز. الاهتياجية

في الألياف منزوعة الميالين والميالين، تنتقل الإثارة بشكل مختلف، ويرجع ذلك إلى السمات التشريحية لهذه الألياف. تحتوي الألياف العصبية المايلينية على عقد رانفييه. يتم نقل الإشارة عبر هذه الألياف باستخدام عقد Ranvier. تمر الإشارة عبر المناطق المايلينية، وبالتالي يحدث توصيل الإثارة من خلالها بشكل أسرع من المناطق غير المايلينية، ومن المستحيل إعادة النبضة مرة أخرى، لأن عتبة التحفيز تزداد في الاعتراض السابق.

الاستثارة هي قدرة الأنسجة على التهيج أو الإثارة، وبالتالي توليد إمكانات الفعل. كلما زادت عتبة التهيج، زادت الإثارة، والعكس صحيح.

يتم تحديد حجم عتبة التهيج بنسبة كميتين: - الحجم (إمكانية الراحة)

الحد الأدنى من التحول في الحد الأدنى من إمكانات الراحة المطلوبة ل وصلت إلى قيمة حرجة تسمى عتبة إزالة الاستقطاب.

قدرة الأنسجة العصبية

تم تقديم مفهوم القدرة لأول مرة في علم وظائف الأعضاء بواسطة Vvedensky. يصف هذا المفهوم الخواص الفيزيائية والكيميائية للتكوين المثير. تُفهم القدرة على أنها قدرة التكوين المثير على امتصاص عدد معين من النبضات لكل وحدة زمنية. على سبيل المثال: عند تحفيز الألياف العصبية بتردد 400 نبضة في الثانية، سيتم إجراء كل دفعة على طول الألياف العصبية. عند زيادة التحفيز إلى 700 نبضة في الثانية، سيتم تسليم كل نبضة ثانية. وبتردد أعلى (800 نبضة)، سيتم تنفيذ كل نبضة ثالثة. ومع ذلك، مع زيادة وتيرة التحفيز، يمكن أن تزيد قدرة الأنسجة العصبية وعلى تردد 700 نبضة، أولا سيتم تنفيذ كل نبضة ثانية، ثم كل نبضة. ومع ذلك، فإن الزيادة في القدرة ليست غير محدودة، وبعد مرور بعض الوقت قد تنخفض موصلية التكوين المثير.

أقسام الفيزيولوجيا الكهربية

إن الطريقة الفيزيولوجية الكهربية لتسجيل الإمكانات الكهربائية التي تنشأ أثناء الوظائف الفسيولوجية النشطة في جميع الأنسجة الحية دون استثناء هي الطريقة الأكثر ملاءمة ودقة لدراسة هذه العمليات وقياس خصائصها الزمنية وتوزيعها المكاني، حيث أن الإمكانات الكهربائية تكمن وراء آلية توليد مثل هذه العمليات مثل الإثارة، التثبيط، الإفراز. حاليًا، تُستخدم الطرق الفيزيولوجية الكهربية الأساسية لدراسة القدرات الحيوية على نطاق واسع في الأبحاث والممارسة السريرية:

القلب - تخطيط كهربية القلب<#"149" src="/wimg/13/doc_zip10.jpg" />

في وقت مبكر من عام 1890، اقترح فيلهلم أوستوالد، الذي واصل العمل على الأفلام الاصطناعية شبه النفاذية، أن شبه النفاذية يمكن أن تكون السبب ليس فقط في التناضح، ولكن أيضًا في الظواهر الكهربائية. يحدث التناضح عندما يسمح الغشاء لجزيئات الماء الصغيرة بالمرور لكنه لا يسمح لجزيئات السكر الكبيرة بالمرور. لكن يمكن أن تكون الأيونات أيضًا بأحجام مختلفة! بعد ذلك سيسمح الغشاء بالمرور لأيونات ذات إشارة واحدة فقط، على سبيل المثال، إيجابية. في الواقع، إذا نظرت إلى صيغة Nernstadl لاحتمال الانتشار Vd الناشئ عند حدود محلولين بتركيزات الإلكتروليت C1 وC2:

Vd = (u - v)/(u + v)-1 *(RT/ F)*ln C1 / C2

حيث u هي سرعة الأيون الأسرع، v هي سرعة الأيون الأبطأ، R هو ثابت الغاز العالمي، F هو رقم فاراداي، T هي درجة الحرارة، وبافتراض أن الغشاء غير منفذ للأنيونات، فهذا يعني ، v = 0، يمكننا أن نرى أنه يجب أن تظهر القيم الكبيرة لـ Vd:

م=(RT/F)*ln C1 / C2

وهكذا، جمع أوستوالد بين صيغة نيرنست ومعرفته بالأغشية شبه المنفذة. واقترح أن خصائص هذا الغشاء تفسر إمكانات العضلات والأعصاب والعمل المذهل للأعضاء الكهربائية للأسماك. اتخذ الخطوة الحاسمة من قبل عالم مدرسة دو بوا-ريموند يوليوس بيرنشتاين. لقد شرح الخصائص الكهربائية للعضلات والأعصاب ليس من خلال بنية هذه الأعضاء ككل، ولكن من خلال خصائص الخلايا التي تشكل جميع الأنسجة والأعضاء. وأخيرا، تم ذكر ذلك مباشرة مجرم ، خلق الكهرباء الحيوانية - غشاء الخلية، و سلاح - نقل الأيونات. وهكذا فإن فرضية برنشتاين تجمع بين الكيمياء الكهربائية ونظرية الخلية. يعتبر يوليوس برنشتاين مؤسس نظرية الغشاء للقدرات الحيوية.

نقل المعلومات في الجسم.

قبل النظر في النقل الفعلي للمعلومات في الجسم، دعونا نلقي نظرة فاحصة على غشاء الخلية. غشاء الخلية عبارة عن فيلم سائل يتكون من الدهون - مواد شبيهة بالدهون. يتكون من طبقتين من جزيئات الدهون التي يتم دمج جزيئات البروتين فيها. نحن مهتمون، أولاً وقبل كل شيء، بالخصائص الكهربائية للغشاء، والتي بدأت دراستها في عام 1910 من قبل الفيزيائي والكيميائي الألماني دبليو نيرنست، وهو نفس نيرنست الذي اشتق صيغة إمكانات الانتشار. تم إجراء القياسات على النحو التالي: تم تمرير تيار بترددات مختلفة من خلال تعليق الخلية، وتم تحديد مقاومته. تم تطوير نظرية خاصة مكنت من تحديد مقاومة الغشاء والبروتوبلازم بشكل منفصل. تطوير هذا الاتجاه، أظهر G. Fricke في عام 1925 أن الغشاء يتصرف في التجارب كمقاومة ومكثف متصلين بالتوازي.

لويجي جالفاني وولادة علم الأحياء الكهربية

ولد لويجي جالفاني في بولونيا في 9 سبتمبر 1737. ظاهريًا، كانت حياته عادية. في عام 1759، تخرج من جامعة بولونيا (واحدة من الأقدم في أوروبا - تأسست عام 1119) وبقي للعمل هناك. درس الطب والتشريح. وكانت أطروحته حول تركيب العظام. بالإضافة إلى ذلك، درس تركيب الكلى والأذنين في الطيور. تلقى جالفاني عددًا من البيانات الجديدة، لكنه لم يضطر إلى نشرها، حيث وصف العالم الإيطالي أ. سكاربا معظم هذه الحقائق قبل ذلك بقليل. هذا الفشل العلمي الأول لم يثبط همة جالفاني.

في عام 1762، عندما كان عمره 25 عامًا، بدأ جالفاني تدريس الطب في جامعة بولونيا، وبعد عام أصبح أستاذًا، وفي عام 1775 رئيسًا لقسم التشريح العملي. كان محاضراً ممتازاً وكانت محاضراته ناجحة جداً بين الطلاب. كما عمل كثيرًا كجراح. استغرقت الممارسة الطبية والتدريس الكثير من الوقت، لكن جالفاني، باعتباره الابن الحقيقي لعصره، لم يتخل عن العمل العلمي البحت: الوصفي والتجريبي بشكل خاص. منذ عام 1780، بدأ جالفاني العمل في فسيولوجيا الأعصاب والعضلات، والتي جلبت له شهرة عالمية والعديد من المشاكل.

لذلك، فمن الواضح لماذا أجرى الطبيب جالفاني التجارب ولماذا كان لديه مستحضر الضفدع على طاولته. ولكن ما علاقة سيارة لويجي جالفاني الكهربائية بالأمر؟

كانت الكهرباء في ذلك الوقت تعتبر "سائلًا كهربائيًا" ، وهو سائل كهربائي خاص. نشأت هذه الفرضية بعد أن اكتشف جراي أن الكهرباء يمكن أن "تتدفق" من جسم إلى آخر إذا تم توصيلهما بواسطة سلك معدني أو موصلات أخرى.

هذه الفرضية، بالطبع، مستوحاة من الأفكار التي سيطرت على فروع الفيزياء الأخرى في ذلك الوقت. وقد أوضحت خصائص السائل عديم الوزن - الأثير - انتشار موجة الضوء؛ واعتبرت الحرارة أيضًا سائلًا عديم الوزن. خضعت الفرضية المتعلقة بجوهر الكهرباء للاختبار التجريبي.

تم وزن الأجسام المكهربة بعناية ولم يتم اكتشاف أي زيادة في الوزن. وبالتالي، فإن فكرة انعدام وزن الشحنة الكهربائية كانت نتيجة ليس فقط للتفكير التأملي، ولكن أيضًا نتيجة لعدم كفاية دقة القياس.

عندما أصبح من الواضح أنه لا يمكن قياس الشحنة الكهربائية عن طريق الوزن، بدأ الفيزيائيون في اختراع أدوات جديدة بشكل أساسي. ظهرت هذه الأجهزة - أنواع مختلفة من المجاهر الكهربائية ومقاييس الكهرباء - في منتصف القرن الثامن عشر. في عام 1746، ظهر مقياس إليكترومتر الكهربائي. في عام 1747 - المكشاف الكهربائي لنوليت، نفس رئيس الدير الذي أظهر تصريف جرة ليدن للملك في فرساي. تم تصميم أحد أجهزة قياس الكهربية الأولى بواسطة ريتشمان.

في البداية كان يُعتقد أن السائل الكهربائي هو أحد أنواع "السعرات الحرارية"، وقد تم تبرير هذا الظرف بحقيقة أنه أثناء الاحتكاك، يتم تسخين الأجسام وكهربتها، وأيضًا بحقيقة أن الشرارة الكهربائية يمكن أن تشعل أجسامًا مختلفة. وأخيرا، تبين أن موصلات الكهرباء توصل الحرارة بشكل جيد، في حين أن العوازل توصل الحرارة بشكل سيئ. ومع ذلك، في النهاية تم التوصل إلى فكرة مفادها أن السائل الكهربائي عديم الوزن يختلف عن السائل الحراري.

أولا، تبين أن الأجسام المكهربة باللمس لا تسخن.

ثانيًا، أظهر جراي أن الأجسام الصلبة والمجوفة يتم كهربتها بنفس الطريقة تمامًا، ولكن يتم تسخينها بشكل مختلف، وخلص إلى أن "السعرات الحرارية" تنتشر في كامل حجم الجسم، وينتشر السائل الكهربائي على السطح.

وهكذا، فإن فكرة الكهرباء كسائل عديم الوزن تم إثباتها بشكل تجريبي على مستوى إمكانيات فيزياء القرن الثامن عشر وتتناسب بشكل جيد مع الأيديولوجية العامة للفيزياء في ذلك الوقت.

لقد قلنا بالفعل أنه في هذا الوقت حاولوا تفسير مجموعة متنوعة من الظواهر - حتى الزلازل - بالكهرباء، ولم تكن "الآلية العصبية" استثناءً. في عام 1743، افترض العالم الألماني هانسن أن الإشارة الموجودة في الأعصاب ذات طبيعة كهربائية. في عام 1749، دافع الطبيب الفرنسي دوفاي عن أطروحته حول موضوع “أليس السائل العصبي كهرباء؟” تم دعم نفس الفكرة في عام 1774 من قبل العالم الإنجليزي بريستلي، الذي اشتهر باكتشاف الأكسجين. كانت الفكرة واضحة في الهواء.

فيما يتعلق بهذه الأفكار، كان هناك مجالان للبحث التجريبي - دراسة الكهرباء ودراسة العمليات في الأعصاب والعضلات - على اتصال مع بعضهما البعض. وكان هناك أمل في إثبات أن العمليات التي تحدث في الأعصاب هي عمليات ذات طبيعة كهربائية. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام التفريغ الكهربائي على نطاق واسع في هذا الوقت لتهيج الأعصاب أو العضلات الهيكلية أو القلب (تم استخدام جرة ليدن لهذه الأغراض، على سبيل المثال، D. Bernoulli ونفس F. Fontana، الذي ناقشناه بالفعل) .

الآن لا ينبغي أن يبدو غريبًا أو عرضيًا بالنسبة لنا ظهور آلة كهربائية على طاولة الطبيب جالفاني، الذي كان طالبًا في فونتانا وكان منخرطًا في دراسة تجريبية لعمل العضلات والأعصاب. لا يعني ذلك أنه كان يشيد بالموضة. كانت هناك حاجة إلى الآلة لأنه، كما يقولون الآن، لم يكن يعمل في طليعة العلوم فحسب، بل عند تقاطع علمين: علم وظائف الأعضاء وعلم الكهرباء.

بعد كل ما قيل، أصبح هناك شيء آخر غير واضح: ما الذي جذب انتباه مساعد جالفاني، ولماذا بدا تقلص العضلات أثناء التفريغ الكهربائي رائعًا جدًا بالنسبة لجالفاني. بعد كل شيء، كانت حقيقة معروفة على نطاق واسع أن الكهرباء تعمل كمهيج للأعصاب والعضلات.

والحقيقة هي أنه قبل ملاحظات جالفاني، لم تتم ملاحظة هذا التأثير المزعج إلا عندما كان الجسم المشحون على اتصال مباشر مع عضلة أو عصب. لم يكن هناك مثل هذا الاتصال هنا.

في مواجهة ظاهرة جديدة غير مألوفة، يبدأ جالفاني، مثل الابن الحقيقي لعصره، في التحقيق بعناية وشامل في هذه الظاهرة. يقوم بمجموعة واسعة من التجارب. على سبيل المثال، يُظهر أن التأثير يُلاحظ أيضًا عندما يتم وضع ساق الضفدع تحت جرس المضخة في مساحة خالية من الهواء، عندما يتم تفريغ جرة ليدن بدلاً من الآلة الكهربائية.

وحتى عندما يتم تضمين ساق الضفدع في الدائرة بين مانعة الصواعق والأرض، فإنها تنكمش في اللحظة التي يومض فيها البرق.

ولكن مهما كانت هذه التجارب مثيرة للاهتمام، فإنها لم تقدم أي معلومات جديدة جوهريا عن الظواهر الكهربائية في الكائنات الحية: فقد تم اكتشاف شكل آخر من أشكال التأثير المهيج للكهرباء. ولكن علماء الفيزياء عرفوا أيضا أن الأجسام يمكن كهربتها دون لمسها، على مسافة بعيدة. .

في عام 1786، بدأ جالفاني سلسلة جديدة من التجارب، وقرر دراسة تأثير كهرباء الغلاف الجوي "الهادئ" على عضلات الضفدع. (بحلول هذا الوقت كان قد ثبت أن الكهرباء موجودة في الغلاف الجوي حتى في حالة عدم وجود عاصفة رعدية.) وإدراكًا منه أن ساق الضفدع كانت إلى حد ما مقياسًا كهربائيًا حساسًا للغاية، قرر أن يحاول اكتشاف كهرباء الغلاف الجوي بمساعدتها. وبعد أن علق الدواء على قضبان شرفته، انتظر جالفاني طويلا للحصول على النتائج، لكن كفه لم ينكمش مهما كانت حالة الطقس.

وهكذا في 26 سبتمبر 1786، انكمش مخلبه أخيرًا. لكن هذا لم يحدث عندما تغير الطقس، بل في ظروف مختلفة تماما: تم تعليق ساق الضفدع من الشبكة الحديدية للشرفة باستخدام خطاف نحاسي ولامست نهاية المعلقة الشبكة عن طريق الخطأ.تتحقق جالفاني: يتبين أنه في كل مرة يتم تشكيل سلسلة من الحديد والنحاس "مخلب" ، تنقبض عضلات المخلب على الفور بغض النظر عن الطقس. يجري جالفاني تجاربه في الداخل، ويستخدم أزواجًا مختلفة من المعادن، ويلاحظ بانتظام تقلص عضلات أرجل الضفدع.

هذا بالفعل شيء جديد تمامًا، فلا توجد مصادر للكهرباء في مكان قريب (لا توجد سيارة ولا عاصفة رعدية)، وتقلص ساق الضفدع.

أجرى جالفاني تجربة جميلة مستوحاة من عصره، عندما كانت المظاهرات العامة المذهلة تحظى بشعبية كبيرة. يتم تعليق القدم على خطاف نحاسي متصل بصندوق فضي، بحيث يلامس الجزء السفلي من القدم الصندوق. ينقبض الكف ويتم سحبه بعيدًا عن الصندوق، وهذا يفتح السلسلة، ثم يسقط الكف مرة أخرى، ويلمس الصندوق مرة أخرى، ويرتفع مرة أخرى، وما إلى ذلك. وما يظهر، كما يقول جالفاني، هو شيء يشبه البندول الكهربائي. (في الواقع، هذا النظام يشبه تماما قاطع التيار في الجرس الكهربائي، ولكن لم يكن هناك تيار ولا أجراس في ذلك الوقت).

كيف نفسر هذه الملاحظات؟ من المعروف منذ زمن جيلبرت أن المعدن لا يمكن كهربته عن طريق الاحتكاك. اعتقد جالفاني، مثل غيره من العلماء في عصره، أن الكهرباء لا يمكن أن تنشأ في المعادن، بل يمكنها فقط أن تلعب دور الموصلات. ومن هذا يستنتج جالفاني أن مصدر الكهرباء في هذه التجارب هو نسيج الضفدع نفسه، والمعادن فقط هي التي تكمل الدائرة.

لكن لماذا نحتاج إلى معدنين مختلفين في هذه الدائرة؟ يبحث جالفاني في هذه المشكلة ويكتشف أنه يمكنك القيام بذلك بقطعة واحدة فقط من الأسلاك النحاسية، عند استخدام معدن واحد، لا يحدث الانكماش دائمًا، فقد يكون أضعف، ولكن هذه تفاصيل صغيرة بالفعل. ويلاحظ تقلص العضلات بصريا، ولا يتم قياس قوة الانكماش. ومن المهم أن يكون المعدنان اختياريين، وبالتالي غير مهمين، كما يقول جالفاني.

عمل جالفاني على إعداد عصبي عضلي: الساق الخلفية للضفدع مع عصب مشرح وقطعة محفوظة من الحبل الشوكي. في أول تجربة ناجحة، عندما علق الكف في الشرفة، تم تمرير خطاف نحاسي عبر قطعة من العمود الفقري، ولامس طرف الكف الشبكة الحديدية، قرر جالفاني أن هذه هي أفضل الظروف ولا يجرب غيرها .

وفي جميع تجاربه، يلامس أحد طرفي القوس المعدني الحبل الشوكي أو العصب، ويلامس الطرف الآخر سطح القدم. يطور جالفاني المخطط التالي: عضلة الطرسوس عبارة عن جرة ليدن مشحونة؛ العصب - سلك متصل بالبطانة الداخلية للعلبة؛ عندما يلامس الموصل المعدني العضلة (البطانة الخارجية) والعصب (الداخلي)، فإن العضلة تنطلق عبر العصب وهذا يسبب الانكماش.

استغرق جالفاني أربع سنوات أخرى لإجراء دراسة شاملة للظاهرة المكتشفة، وأخيرا، في عام 1791، ظهر عمل يلخص عشر سنوات من العمل - "أطروحة عن قوى الكهرباء في الحركة العضلية" المذكورة أعلاه.

يعتبر جالفاني اكتشافه مهمًا جدًا للبشرية. والحقيقة هي أنه، كما قلنا بالفعل، في هذا الوقت كانت هناك مجموعة واسعة من المحاولات التجريبية لاستخدام الكهرباء لعلاج الأمراض، ولم يكن لهذه المحاولات أي أساس نظري. كان جالفاني طبيبًا في المقام الأول وأراد علاج الناس. هو نفسه يكتب في نهاية أطروحته أنه في المستقبل سيوجه كل جهوده نحو تطوير اتجاه جديد في الطب - الطب الكهربائي.

لكنه لم يكن طبيبا فحسب، بل كان عالما أيضا. لقد فهم أنه من أجل تطوير مثل هذا الاتجاه، كان من المهم للغاية إظهار أن الظواهر الكهربائية ليست غريبة على الكائنات الحية، وأن الكهرباء ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالحياة، وأن "الكهرباء الحيوانية" بطبيعتها لا تختلف عن الكهرباء تم إنشاؤها بواسطة آلة كهربائية. وليس من قبيل المصادفة أن جالفاني، بعد تجاربه على الضفادع، أجرى تجارب على الحيوانات ذوات الدم الحار، مما يدل على أنه يمكن الحصول على نفس الظواهر في الاستعدادات العصبية العضلية للطيور والثدييات.

وبالتالي فإن الظواهر الكهربائية متأصلة في جميع الحيوانات، وبالتالي في البشر! حتى أن جالفاني يسمح لنفسه بالتكهن بشأن سبب بعض الأمراض (على سبيل المثال، يفترض أن الشلل قد يكون مرتبطًا بانتهاك عزل الأعصاب، وبالفعل، أصبحت الأمراض الناجمة عن هذا السبب معروفة الآن؛ أو قد يكون الصرع مرتبطًا) مع تفريغ كهربائي قوي في الدماغ، والذي تبين أيضًا أنه صحيح من حيث المبدأ) وحول الاستخدام العلاجي المحتمل للكهرباء.

وفي ادعائه حول وجود "الكهرباء الحيوانية"، اعتمد جالفاني أيضًا على دراسة الأسماك الكهربائية: وفي هذه الحالة، تم إثبات قدرتها على توليد الكهرباء. عُرف سمك الراي اللاسع الكهربائي منذ القدم، وتم وصف ثعبان البحر الكهربائي في القرن السابع عشر بعد اكتشاف أمريكا. ولكن بعد ذلك، بطبيعة الحال، لم تسمى هذه الأسماك بالكهرباء، لأنها لم تكن تعرف أن تأثيرها على البشر والحيوانات مرتبط بطريقة أو بأخرى بالكهرباء.

ومع ذلك، بعد اكتشاف جرة ليدن، التي تسبب تفريغها في نفس التأثير مثل لمس الراي اللساع الكهربائي، طرح عالم النبات الفرنسي م. أدانسون افتراضًا بأن تفريغ الأسماك الكهربائية وتفريغ جرة ليدن هما من نفس الطبيعة.

باختبار هذه الفرضية، أظهر العالم الإنجليزي ج. والش أن تفريغ الراي اللساع الكهربائي ينتقل عبر الموصلات، لكنه لا ينتقل عبر العوازل ويفرغ السمكة من خلال سلسلة من عدة أشخاص (تذكر تجربة أبوت نول)، أي هو. تلقى الحجج لصالح الطبيعة الكهربائية لهذه الفئة. أخيرًا، لاحظ والش إطلاق سمكة الراي اللساع من خلال شريط من الرقائق المعدنية مع قطع رفيع ملتصق بالزجاج؛ مع كل تصريف، قفزت شرارة في موقع القطع. في عام 1776، قام ج. كافنديش، بعد أن قام بربط الموصلات بالجزء الخلفي من الراي اللساع وبطنه، باستخدام المكشاف الكهربائي من نبات البلسان لقياس الشحنة التي أحدثها.

عمل جالفاني أيضًا مع أسماك الراي اللساع الكهربائية، حتى أن أحد أنواع هذه الأسماك يحمل اسمه: توربيدو جالفاني. إذا كان الراي اللساع يستطيع توليد الكهرباء، فلماذا لا تستطيع أي عضلة إنتاجها؟ ويؤكد جالفاني في "أطروحته..." على تشابه الكهرباء الناتجة عن الاحتكاك، وكهرباء الغلاف الجوي، وكهرباء الراي اللساع، و"الكهرباء الحيوانية" التي اكتشفها.

ومن المثير للاهتمام للغاية أنه على الرغم من الأدلة المقنعة إلى حد ما على أن عمل الراي اللساع يرتبط بتفريغ كهربائي، كان هناك الكثير من الأشخاص الذين اعتقدوا أن "الكهرباء الحيوانية" يجب أن تكون مختلفة عن الكهرباء العادية، ويجب أن يكون لها بعض العلامات على أصلها الخاص .

تم تبني وجهة النظر هذه، على وجه الخصوص، من قبل جي بريستلي، وبعد أكثر من نصف قرن من قبل جي ديفي. دفع هذا الظرف السيد فاراداي إلى القيام به في 1837-1839. سلسلة من الأعمال الخاصة التي أظهر فيها أن الكهرباء الناتجة عن الاحتكاك، والكهرباء الناتجة عن العناصر الجلفانية، المعروفة بالفعل في ذلك الوقت، والكهرباء الناتجة عن الأسماك لا تختلف عن بعضها البعض. ساهمت سلطة فاراداي الهائلة في الاعتراف العام بهوية الكهرباء "الحيوانية" والكهرباء العادية.

خاتمة

جالفاني، لويجي (1737-1798)، عالم تشريح وفيزيولوجي إيطالي، مؤسس الفيزيولوجيا الكهربية.

قام بتدريس الطب في جامعة بولونيا، حيث تم فصله قبل وقت قصير من وفاته لرفضه أداء اليمين لجمهورية كيسالبينا، التي أسسها نابليون بونابرت عام 1797.

كانت أعمال جالفاني الأولى مخصصة للتشريح المقارن. وفي عام 1771، بدأ تجاربه على دراسة تقلص العضلات وسرعان ما اكتشف ظاهرة تقلص عضلات الضفدع المشرح تحت تأثير التيار الكهربائي. كان هذا الاكتشاف بمثابة بداية بحثه عن الكهرباء الديناميكية، أو الجلفانية (وهو مصطلح تم تقديمه لاحقًا تخليدًا لذكرى تجارب جالفاني الأولى).

اكتشف جالفاني في تجاربه أن العضلات تنقبض حتى في غياب مصدر تيار خارجي، وذلك ببساطة عن طريق توصيل معدنين مختلفين متصلين بواسطة موصل. وفسر جالفاني هذه الظاهرة بوجود "الكهرباء الحيوانية" التي بفضلها يتم شحن العضلات مثل جرة ليدن.

أوجز جالفاني نتائج ملاحظاته ونظرية الكهرباء الحيوانية في عام 1791 في عمله De Viribus Electricatitis in Motu Musculari Commentarius.

أعطى A. Volta التفسير الصحيح لتجاربه، والتي ساهمت لاحقا في اختراع مصدر تيار جديد - خلية كلفانية. كان لأبحاث جالفاني أهمية كبيرة في تطوير أساليب الفيزيولوجيا الكهربية.

لم تشرح تجارب لويجي جالفاني سبب ومسار "الكهرباء الحيوانية" فحسب، بل أعطت أيضًا مادة للتفكير للعلماء الآخرين وساعدت في تفسير ظهور الكهرباء في الكائن الحي. ربما في يوم من الأيام ستكون هناك مصادر للكهرباء من الكائنات الحية. تعرف البشرية طرقا عديدة للحصول على الطاقة، مثل استخدام تدفقات الأنهار، واستخدام الرياح، والتفاعلات الكيميائية، والطاقة الشمسية، ولن يفاجأ أحد بظهور مثل هذا المصدر البديل للطاقة ككائن حي، خلية. ومن الأمثلة على ذلك بعض الحيوانات التي تنتج الكهرباء، مثل الراي اللساع الكهربائي. احتياطي الكهرباء المتراكم في ذيله يكفي لتشغيل 12 مصباح كهربائي. آمل أن يتم في المستقبل القريب اختراع جهاز يحول كهرباء الخلية الحية إلى كهرباء منزلية.

الأدب

1.موسوعة الكيمياء من سلسلة الصندوق الذهبي، 2003، تحرير زولوتوف يو.أ.، دار نشر بوستارد.

2.100 اكتشاف علمي عظيم، 2002، المؤلف سامين د.ك.، دار نشر فيتشي.

.ليبيدينسكي إيه في، دور جالفاني وفولتا في تاريخ علم وظائف الأعضاء، في كتاب جالفاني إيه وفولتا إيه، أعمال مختارة عن الكهرباء الحيوانية، إم إل، 1937.

4.-جالفاني "مقيم الموتى" (كارتسيف نائب الرئيس، "مغامرات المعادلات الكبرى"، م: زناني، 1986).

الموسوعة السوفيتية الكبرى. في 30 مجلدا.

أولشانسكي ف.م. النمذجة الإلكترونية للأنظمة الكهربائية للأسماك الكهربائية الضعيفة. - م.، ناوكا، 1990.

أوكولوتين ف.فولتا. ZhZL. - م.، 1986.

روزنبرجر ف. تاريخ الفيزياء. - م. ل.: أونتي، 1937.

S. دورة عن تاريخ الفيزياء. م: التربية، 1982. - 448 ص.

إذا وجدنا أنفسنا في عصر "ما قبل الكهرباء" وأردنا الترويج لاستخدام الكهرباء، فسيكون أحد الأنشطة هو تعزيز المعرفة بين المثقفين العلميين في ذلك الوقت. حسنًا، أو من بين أولئك الذين كانوا يعتبرون من المثقفين العلميين في غياب العلم.

إن أبسط تجربة يمكن توضيحها هي تلك التي أجراها لويجي جالفاني.
ومع ذلك، تشير دراسة استقصائية بسيطة إلى أن الأشخاص المعاصرين ليس لديهم فهم يذكر لما فعله جالفاني، ولسبب ما يبدو له أن الإيطالي قام بتوصيل الضفادع ببطارية كهربائية...

أولاً، لم يخترع جالفاني الخلية الفولتية. والجلفانومتر أيضًا. وطلاء كلفاني كذلك. وبالتالي تم اختراع أول خلية كلفانية () على يد فولتا.

ثانيا، كان جالفاني مخطئا في تفسير تجاربه - وهذا نصف خطوة من القرار الصحيح!
لقد توصل إلى تجارب مثيرة للاهتمام، لكنه تمكن في الوقت نفسه من ارتكاب العديد من الأخطاء، والتي انتقدها فولتا بلا رحمة.
النقطة هنا هي أن جالفاني كان شخصًا متدينًا للغاية وكان يبحث عن تأكيد لآرائه الدينية في تجاربه. لكن الطبيعة جيدة جدًا في إظهار أن الواقع ليس له أي شيء مشترك مع الآلهة المخترعة. بشكل عام، كل شيء كما هو الحال دائما.

في الواقع، لدى جالفاني تجربتان رئيسيتان. التجربة الأولى تتعلق بالكهرباء والثانية بعلم وظائف الأعضاء. نحن مهتمون أكثر بالأول.

لذلك، في تلك الأيام، كانوا يعرفون بالفعل أن التفريغ الكهربائي من جرة ليدن المطبق على ضفدع مشرّح يسبب تقلص عضلات الساق. بشكل عام، بالنسبة لشخص غريب، هذا شيء ضروري، في أي حال، سيتعين عليك بناء مكثف. هناك عيب واحد فقط - الشيء باهظ الثمن بالنسبة للعصور القديمة، وما زلنا بحاجة إلى شحنه بشيء ما.
لذلك، نحن بحاجة إلى تجربة من شأنها "خداع" المستثمر للتخلي عن مبلغ كبير.
العيب الرئيسي لهذه التجربة هو أنها تشبه إلى حد كبير السحر (وما الذي لا يشبه السحر في التكنولوجيا؟).

لذلك، دعونا نفصل الضفدع. نأخذ في أيدينا ملاقط ثنائية المعدن تتكون من طرفين - النحاس والحديد. بنهاية واحدة نلمس العصب في العمود الفقري للضفدع، وبالطرف الآخر نلمس المخلب. الجميع. تشنجات المخلب.
كيف يتم ذلك يظهر جيدًا في فيلم تعليمي سوفيتي:

في النسخة الأصلية، علق جالفاني ضفدعًا على خطاف نحاسي من سياج الشرفة، على أمل التقاط "كهرباء الحيوان في الهواء". عندما لمس المخلب الشبكة الحديدية، ارتعش.

ماذا يحصل؟
تنقسم التجربة إلى جزأين مستقلين.
أولاً- يشكل طرفا الملقط ثنائي المعدن زوجًا كلفانيًا، حيث يكون السائل داخل الضفدع عبارة عن إلكتروليت. يبدأون في إنتاج ثلث فولت، وبما أن الدائرة مغلقة، يبدأ التيار بالتدفق عبر الضفدع.
ثانيًا- لا يتدفق التيار عبر الضفدع فحسب، بل عبر أعصابه ومن ثم يتم تشغيل المخطط الفسيولوجي القياسي لتقلص العضلات.

وفي التجربة الثانية، يرمي جالفاني العصب على الجزء التالف من العضلة فيتقلص. هذا هو علم وظائف الأعضاء البحت، قليل الفائدة للتقني.

لذا، للحصول على تجربة جالفاني رقم واحد، فأنت بحاجة إلى ضفدع (مجاني)، ومسمار حديدي، وعملة نحاسية.
ليست هناك حاجة لبناء أي شيء معقد تقنيًا - فهذه خطوة أولى رائعة.
وهناك فرصة جيدة لتخصيص الأموال لمختبر كهربائي كامل، أو حتى كامل، حيث يمكنك القيام بالكثير من الأشياء - على سبيل المثال، أخذ الفضة وتغطيتها بالذهب باستخدام الطلاء الكهربائي... 😀

في أحد الأيام، قام عالم الفسيولوجيا جالفاني، كالعادة، بتشريح ضفدع وترك ساقيه بأعصاب مكشوفة على طاولة مختبره. على نفس الطاولة وقفت آلة الكهربي - جهاز لإنتاج الكهرباء الساكنة. واحد منلمس مساعدو جالفاني بطريق الخطأ عصب المخلب المُجهز بطرف مشرط فولاذي، وبدأت عضلاته في الانقباض بشكل مكثف. لقد حدث هذا بالتحديد في اللحظة التي تومض فيها شرارة على الجهاز الكهربائي. سارع جالفاني إلى تكرار التجربة. قام عدة مرات بلمس العصب المكشوف بطرف مشرط، بينما تسبب مساعده في تفريغ الجهاز الكهربي. وفي كل مرة تنقبض عضلات الضفدع. وعلى حد تعبيره، فإن جالفاني "كان متحمسًا بحماسة لا تصدق ورغبة شديدة في استكشاف هذه الظاهرة وتسليط الضوء على ما كان مخفيًا فيها".

إن الظاهرة التي لاحظها العالم ووصفها تشبه ما يحدث إذا استمعت إلى الراديو أثناء عاصفة رعدية: فالتفريغ الكهربائي (البرق) يولد موجات كهرومغناطيسية، يتم تحويلها في جهاز الاستقبال إلى إشارات كهربائية تسبب التشقق. في جالفاني، لعب دور البرق من خلال تفريغ آلة الكهربي، والهوائي عبارة عن مشرط، وجهاز التسجيل (حساس جدًا) عبارة عن مخلب ضفدع. هو نفسه، بالطبع، لم يكن يعرف شيئًا عن هذا: تم إجراء تجارب على نقل الموجات الكهرومغناطيسية بعد قرن من الزمان.

واصل جالفاني تجاربه، حيث قام بتعليق سلك فولاذي على شرفة منزله، وعلق الضفادع المشرحة عليه، وربط سلكًا طويلًا آخر بأرجلها، وتم إنزال نهايته في بئر ماء. عندما تقترب العاصفة الرعدية، وخاصة عندما يكون هناك وميض من البرق، تقلصت العضلات بقوة بشكل متكرر. ومع ذلك، سرعان ما أدرك العالم أن العديد من التجارب لا يمكن تفسيرها فقط بالتغيرات في "كهرباء الغلاف الجوي". بتكرارها بالفعل في المنزل، أثبت جالفاني أن تقلصات عضلات الضفدع تحدث دائمًا عندما يتلامس سلكان معدنيان عالقان في العضلات مع بعضهما البعض.

أدرك العالم أنه اكتشف ظاهرة جديدة تتطلب ذلكتفسيرات. بادئ ذي بدء، كان من الضروري الإجابة على السؤال: لماذا ينقبض المخلب عندما تكون سلسلة من سلكين معدنيين مغلقة، ما هو المحفز الذي يسبب الانقباضات؟ أعطى جالفاني الإجابة الصحيحة: يحدث هذا تحت تأثير الكهرباء. وأكد استنتاجه من خلال تجربة بسيطة ومبتكرة: إذا تم إدخال عازل (قضيب زجاجي، خيط حريري) بين المعادن، فلن يتم ملاحظة أي تقلصات في القدم. لكن لم يكن من الواضح ما هو مصدر الكهرباء. كما قرر العالم، كانت ساق الضفدع نفسه. أي كائن حي، أنسجة حيوانية، وفقا لنظرية جالفاني، تولد الكهرباء، والأسلاك المعدنية تلعب دور الموصلات العادية. بدت نظرية الكهرباء "الحيوانية" منطقية للغاية، لأنه كان من المعروف أن الكهرباء يمكن أن تنتجها أنواع معينة من الأسماك - ثعبان البحر الكهربائي وسمك الراي اللساع الكهربائي.

بعد الحالات الأولى من الصدمة الكهربائية، كما رأينا، ظهرت افتراضات وآمال معقولة بأن المادة الجديدة ستكون قادرة على تخفيف أو علاج الأمراض التي تعاني منها البشرية. وقد أكد اكتشاف جرة ليدن هذه الافتراضات وعزز الأمل. وعندما تمكن فرانكلين أخيرا من استخراج الكهرباء من الغيوم، وبعد ذلك بقليل، تلقى ليمونير الكهرباء في طقس صاف، بدأ يبدو "كما لو أن الطبيعة كلها أصبحت كهربائية". وإذا كانت الطبيعة كلها كهربائية، فإن حياة الإنسان، الجسدية والروحية، يجب أن تتحدد من خلال التدفق عبر الأوردة والعضلات لهذه المادة الغامضة. ومن هنا ظهرت فكرة الكهرباء الحيوانية، وهي المنظم الرئيسي لحياة الحيوانات بشكل عام والإنسان بشكل خاص.

لويجي جالفاني. صورة لفنان غير معروف

في عام 1773، ظهرت مذكرات كتبها جون والش (؟-1795)، تثبت الطبيعة الكهربائية للخاصية المعروفة للأسماك، والتي أطلق عليها منذ ذلك الحين اسم الراي اللساع الكهربائي. لم يكن فيلهلم غريفساند وموسشنبريك راضين عن التفسير الميكانيكي الموجود مسبقًا لعمل هذه السمكة، فقد طرحوا أيضًا افتراضًا حول طبيعتها الكهربائية، لكنهم لم يؤكدوه بأي تجارب. تم إجراء بعض التجارب في هذا الاتجاه من قبل باين (1745-1798)، لكنها مرت دون أن يلاحظها أحد. وهكذا، كان يُنظر إلى مذكرات والش على أنها اكتشاف وكان لها انطباع قوي. ويبين تجريبيا أن ظاهرة التأثير من منحدر كهربائي يمكن إعادة إنتاجها باستخدام الكهرباء الاصطناعية. تنتهي مذكرات والش، المكتوبة كرسالة إلى فرانكلين، بما يلي:

"إنه لمن دواعي سروري أن أرسل لك هذه الرسائل. أولئك الذين تنبأوا وأظهروا العلاقة بين الكهرباء والبرق الجوي الرهيب يدركون تمامًا أن الكهرباء موجودة في أعماق المحيط على شكل برق لطيف، صامت وغير مرئي. سيكون من دواعي سرور أولئك الذين قاموا بتحليل الجرار المشحونة أن يروا أن قوانينهم صالحة أيضًا للجرار الحية. "أولئك الذين أصبحوا كهربائيين بالعقل سوف يحترمون الكهربائي بالفطرة، الذي وهبته الطبيعة منذ ولادته بجهاز رائع والقدرة على استخدامه" (جون والش، عن الخاصية الكهربائية للطوربيد، فيل. معاملات روي. سوك لندن، 1809، الثالث عشر، 477 (1773)).

أعقب مذكرات والش العديد من الأعمال الأخرى المخصصة للدراسة الفيزيائية والتشريحية للراي اللاسع الكهربائي. من بينها، تبرز مذكرات كافنديش (1776)، والتي، بالإضافة إلى بعض البيانات التي كانت مهتمة بمسألة قياس المقاومة الكهربائية، تم وصف "منحدر كهربائي اصطناعي"، حيث يتم توفير الكهرباء بواسطة بطارية من جرات ليدن. تم غمر هذه الأداة الغريبة في مياه مملحة بنفس مستوى ملوحة البحر. في هذه الحالة، لوحظت نفس التأثيرات كما هو الحال مع عمل الراي اللساع.

تجارب جالفاني الأولى. (Memorie ed esperimenti inediti di Luigi Galvani، 1937).

خلال فترة الوفرة القصوى للمنشورات التي أعقبت عمل والش، انقسم الفيزيائيون إلى معسكرين: اعتبر البعض أن الكهرباء الحيوانية هي سمة "الأسماك الكهربائية" فقط، في حين عزاها آخرون إلى جميع الحيوانات بشكل عام. وقد اخترع علماء وظائف الأعضاء في ذلك الوقت، بدورهم، لأنفسهم، دون أي أساس تجريبي، "خلاصات حيوانية"، تشبه السائل الكهربائي، ولكنها غير محددة. الجواهر التي تتدفق عبر الأعصاب هي المسؤولة عن نقل الأحاسيس إلى الدماغ وتقلص العضلات الإرادي نتيجة للنبضات الإرادية. وعلى خلفية هذا المحيط من الفرضيات التي لا أساس لها من الصحة، والأفكار المشوشة، والقياسات الخاطئة، والهواجس الغامضة، بدأت أبحاث لويجي جالفاني، الذي ولد في بولونيا في التاسع من سبتمبر عام 1737 وتوفي هناك في الرابع من ديسمبر عام 1798.

في عام 1773، بدأ جالفاني، وهو أستاذ علم التشريح في جامعة بولونيا، دراسة تشريحية للحركات العضلية للضفادع، وفي عام 1780 أجرى عليها تجاربه الكهربية الفسيولوجية الأولى. بعد سنوات من البحث والتجريب، نشر نتائجه في أطروحته الشهيرة "De vlribus electricitatis in motu musculari commentarius" ("دراسة عن قوى الكهرباء في الحركة العضلية")، والتي نُشرت في "التعليقات" لأكاديمية بولونيا وأعيد نشرها. في العام التالي بواسطة ابن أخ جالفاني جيوفاني ألديني، الذي أضاف بعض التعليقات وعملًا واحدًا إلى الأطروحة. في عام 1937، نشر إنريكو بيناسي أول ترجمة إيطالية لهذه الرسالة مع نص لاتيني موازٍ (Memorie ed esperimenti inediti di Luigi Galvani، Bologna، 1937، pp. 83-192).

يحكي جالفاني ما يلي عن ظروف اكتشافه:

«لقد قمت بتقطيع الضفدع وتشريحه كما هو موضح في الشكل س، ووضعته على الطاولة التي توجد عليها الآلة الكهربائية، منفصلة تمامًا عن موصل الأخيرة وعلى مسافة كبيرة منه. عندما لمس أحد مساعدي بطرف مشرط بطريق الخطأ الأعصاب الفخذية الداخلية لهذا الضفدع ، بدأت على الفور جميع عضلات الأطراف في الانقباض لدرجة أنها بدا وكأنها سقطت في تشنجات منشطة شديدة. لاحظ آخر منهم، الذي ساعدنا في تجارب الكهرباء، كيف بدا له أن هذا كان ناجحًا عندما تم استخلاص شرارة من موصل الآلة. فوجئ بالظاهرة الجديدة، ولفت انتباهي إليها على الفور، على الرغم من أنني كنت أفكر في شيء مختلف تمامًا وكنت مستغرقًا في أفكاري. ثم اشتعلت لدي رغبة شديدة في التحقيق في هذه الظاهرة وتسليط الضوء على ما كان مخفيًا فيها" (De viribus electricitatis in motu musculari commentarius، في كتاب Opereedite ed medite del Professore Luigi Galvani raccolte e publicate per cura dell Accademia delle Scienze dell" Istituto di Bologna، Bologna، 1841، p. 63. (توجد ترجمة روسية في الكتاب: L. Galvani، A. Volta، أعمال مختارة عن الكهرباء الحيوانية، M.-L.، 1937.)).

تجارب جالفا المتنوعة. (Memorie ed esperimenti inediti di Luigi Galvani، 1937).

أكدت العديد من التجارب اللاحقة التي أجراها جالفاني أن هذه الظاهرة تحدث تمامًا كما لاحظ مساعده: بمجرد إزالة الشرارة من الآلة، في كل مرة يصاب الضفدع بارتعاش متشنج إذا لمس المجرب أعصابه في تلك اللحظة بموصل. تم الحصول على نفس النتائج في حيوانات أخرى، سواء من ذوات الدم البارد أو الحار، وكذلك في الحالات التي تم فيها استخلاص الشرارة من جرة ليدن أو الكهربي.

لقد أصبح من الضروري الآن، كما يتابع جالفاني في الجزء الثاني من عمله، تحديد ما إذا كانت كهرباء الغلاف الجوي لا تسبب نفس التأثيرات التي تسببها الكهرباء الاصطناعية. ولهذا الغرض، مد سلكًا طويلًا فوق منزله وعلق الضفادع منه بواسطة الأعصاب الفخذية، التي تم ربط سلك آخر طويل جدًا بأرجلها، وتم إنزالها في الماء في البئر، ولاحظ أنه "... مرات عديدة" كما يومض البرق، لأن جميع العضلات في نفس اللحظة سقطت في أقوى الانقباضات المتكررة" (المرجع نفسه، ص 76-80).

علاوة على ذلك، حدثت تقلصات العضلات ليس فقط في وقت وميض البرق، ولكن أيضا أثناء السماء العاصفة، عندما مرت السحب بالقرب من موقع الموصل.

ومن هذه التجارب، يواصل جالفاني في الجزء الثالث من العمل، تنشأ رغبة في التحديد التجريبي ما إذا كان تقلص عضلات الضفدع ناجمًا ليس فقط عن المظاهر العنيفة لكهرباء الغلاف الجوي، ولكن أيضًا عن "الكهرباء الهادئة وتحت ضوء واضح" سماء."

ولهذا الغرض، أعد عدة ضفادع وعلقها على خطافات نحاسية من الشباك الحديدية التي كانت تحيط بالحديقة المعلقة بمنزله. لاحظ عدة مرات تقلصات العضلات وأرجعها إلى التغيرات في حالة الكهرباء في الغلاف الجوي:

لكنه سرعان ما رأى أن أيًا من هذه التخفيضات لم يتم تفسيرها فعليًا بالتغيرات في حالة الغلاف الجوي. ثم قرر مواصلة التجارب في المنزل: فجهز الضفدع، ووضعه على الطاولة، وربط خطافًا بحبله الشوكي، ولمس الأجزاء الأخرى بالطرف الآخر، فظهرت «نفس الانقباضات، ونفس الحركات. " قام جالفاني بتغيير الظروف التجريبية بطرق مختلفة، وتوصل دائمًا إلى نفس النتائج.

«لم تكن هذه النتيجة مفاجئة لنا، وبدأت تثير فينا بعض الشكوك بشأن الكهرباء الكامنة في الحيوان نفسه. وبدا لي أنه مع هذه الظاهرة يبدو أن السائل يتدفق من الأعصاب إلى العضلات وتتشكل سلسلة، كما هو الحال في جرة ليدن” (المرجع نفسه، ص 76-80).

حولت التجارب اللاحقة هذا الافتراض إلى ثقة: في كل مرة يتم فيها ربط عضلات وأعصاب ضفدع مقتول ومُشرَّح حديثًا بقوس معدني، يحدث تقلص العضلات على الفور.

جذبت إحدى الظروف التجريبية انتباه جالفاني لدرجة أنه ذكرها على وجه التحديد: تكون الانقباضات أقوى بكثير إذا كان القوس المعدني يتكون من معدنين مختلفين.

"لذلك، على سبيل المثال، إذا كان القوس من الحديد والخطاف من الحديد، فغالبًا ما تكون الانقباضات إما غائبة أو غير مهمة للغاية. ومع ذلك، إذا كان أحد هذه الأشياء، على سبيل المثال، هو الحديد، والآخر هو النحاس، أو، وهو أفضل بكثير، الفضة (الفضة، مقارنة بالمعادن الأخرى، تبدو لنا الأكثر ملاءمة لتوصيل الكهرباء الحيوانية)، إذن أصبحت الانقباضات على الفور أكثر نشاطًا وأطول أمداً. "(المرجع نفسه ص 84 ، 100).

وبناء على هذه التجارب يعتبر جالفاني أنه يحق له أن يبدأ الجزء الرابع والأخير من عمله:

"مما تعلمناه وحققنا فيه حتى الآن، أعتقد أنه يمكننا، مع وجود سبب كافٍ، أن نستنتج أن الكهرباء متأصلة في الحيوانات، والتي سمحنا لأنفسنا أن نطلق عليها، مع بيرتولونيوس وآخرين، اسمًا عامًا لـ "الحيوان". (المرجع نفسه ص 84، 100).

وبالتالي، فإن الغرض من الجزء الرابع من عمله هو إظهار أن الكهرباء الحيوانية هي من نفس طبيعة ونفس خصائص كهرباء "الآلة". لاحقًا، في عمل صدر عام 1795، ونُشر عام 1797 وكُتب كرسالة إلى سبالانزاني، حدد جالفاني نظرية الكهرباء الحيوانية بشكل أكمل: تتراكم هذه الكهرباء في حالة غير متوازنة في الأنسجة العضلية؛ من خلال العصب الملامس للعضلة، يمر إلى قوس معدني، ومن خلاله يعود مرة أخرى إلى العضلة. بمعنى آخر، تشكل العضلات والأعصاب، وفقًا لجالفاني، بطانتين من جرة ليدن.