Леонардо был совсем незнаком с алгеброй и тригонометрией. Тем не менее как военный специалист он мог определить траекторию полета ядер пушки и бомбарды без использования этих сложных областей математики.
Его исследование свойств жидкостей предвосхитило развитие направления в физике, называемого теорией хаоса (или теорией сложности). Швейцарец Леонард Эйлер впервые попытался описать турбулентность в математических формулах в 1755 году. Следующим физиком, занявшимся системными исследованиями водяных вихрей и их турбулентности, был Герман Гельмгольц. Это было через 350 лет после наблюдений Леонардо. Изучение гидро- и аэродинамики легло в основу теории хаоса. Очень редко бывает, что в учебниках упоминают первенство открытий Леонардо в этой важной области современной физики.
Интерес Леонардо к гидродинамике и скрупулезные наблюдения за тем, каким образом движется вода, привели его к одному из самых потрясающих открытий в области физики и, в частности, в оптике. Он изучал волновое движение воды, раскладывая на гладкой поверхности пруда зерна или соломенные стебли. Затем он бросал в пруд камень и наблюдал волны, затихающие по мере удаления от места падения камня, и покачивание соломы и зерен, продолжающих оставаться на своих местах.
Из Этого он заключил, что волны распространяются в воде так, что это не вызывает передвижения ее молекул (частиц). Это очень важное наблюдение легло в основу теории волн. Леонардо распространил результаты исследования водных волн на воздушную среду и предположил, что невидимые звуковые волны распространятся таким же образом. Он писал:
Как брошенный в воду камень становится центром и причиною различных: кругов, так же кругами распространяется и звук, порожденный в воздухе, так же и всякое помещенное в светлом воздухе тело распространяется кругами и наполняет окружающие части бесчисленными своими образами и все является во всем и все в каждой части.[104]
Затем Леонардо предположил, что и свет движется в пространстве и времени схожим образом; для эпохи, когда все считали, что свет распространяется мгновенно, это была смелая идея.
Спустя 200 лет Ньютон предположил, что свет состоит из маленьких частиц, которые он называл корпускулами, так что между крохотными частичками света есть маленькие промежутки темноты. После публикаций «Математических начал» его авторитет стал неоспорим, и долгое время взгляды Ньютона на природу света были безоговорочно приняты научным сообществом.
Однако за 200 лет до этого Леонардо пришел к совершенно другому выводу о природе света. Голландский физик Христиан Гюйгенс в 1690 году опубликовал труд, который был для ученых как гром среди ясного неба. Гюйгенс выступил против корпускулярной природы света, он считал, что свет представляет собой волну, и за эти свои выдающиеся, но оппозиционные в то время взгляды занял почетное место в истории науки. Хотя Гюйгенс доказал, что свет распространяется в пространстве как волна, предложенное им объяснение было неполным. Он не смог описать, что происходит, когда две волны накладываются друг на друга. Это явление, однако, ранее уже описал Леонардо.
В 1676 году датский астроном Олаф Рёмер показал, что свет распространяется в пространстве с конечной скоростью. Это открытие вслед за работой Гюйгенса опровергло еще одно господствовавшее драгоценное убеждение: в научной среде считали, что свет не имеет определенной скорости и, как только исходит из своего источника, в тот же момент оказывается в месте назначения. Расчеты Рёмера показали, что свету требуется определенное количество времени, чтобы пройти из одной точки в другую.
Томас Юнг в 1803 году опубликовал работу по волновой теории света, в которой точно так же, как это сделал в свое время Леонардо, перенес результаты, полученные при изучении водных волн, на световые волны. В серии экспериментов, похожих на те, что делал Леонардо, он убедительно показал, что свет распространяется во времени и пространстве, как волна. Историки науки свидетельствуют, что своими работами Гюйгенс, Рёмер и Юнг окончательно доказали волновую природу света.
Представьте себе, как быстро развивалась бы наука, если бы научное сообщество было лучше знакомо с работами нашего гения XV века, который предположил, что свет распространяется в виде волны с конечной скоростью, и более того, описал, что происходит при наложении волн друг на друга.
Леонардо проявлял живой интерес и к движению небесных объектов. Он открыто отвергал астрологию, называя ее «ложной умозрительной… — пусть меня извинит тот, кто живет ею при посредстве дураков».[105] Его позиция была очень оригинальной для того времени. Убежденность, что от положения звезд в конкретный день зависит, будут ли земные дела успешны или рискованны, глубоко укоренилась в той эпохе. Леонардо догадался, что Земля имеет форму шара, а не плоская, как стол, как воображало большинство его современников. В одной из его записных книжек есть фраза: «Солнце не движется»[106] — значит, он знал, что центр Солнечной системы — это Солнце, а не Земля. Прекрасно представляя себе наше место в космосе, он писал, что Земля «кажется точкой в мироздании».[107]
Леонардо интересовался и возрастом Земли, считая, что ей значительно больше нескольких тысяч лет, как можно предположить на основании Библии. Французский натуралист Жорж-Луи Леклерк, граф де Бюффон, в 1778 году определил возраст Земли в 74 832 года.[108] Его работа повлияла на молодого шотландца Чарльза Лайеля, который в 1830-х годах опубликовал свой труд «Основные начала геологии». Лайель вычислил, что геологические процессы значительно старше, чем предполагалось, и Земля со временем меняется.
Молодой Чарльз Дарвин взял эту книгу в свое знаменитое путешествие на экспедиционном судне «Бигль», во время плавания ему пришла великая идея о естественном отборе, которую в 1859 году он подробно изложил в своем труде «Происхождение видов». Книга Лайеля помогла молодому естествоиспытателю найти недостающие элементы головоломки. Чтобы теория была правдоподобной, возраст Земли должен быть достаточно большим, поскольку живым организмам требовалось длительное время, в течение которого они смогли бы приспосабливаться к меняющимся условиям среды и образовывать новые типы и виды.
Леонардо тоже предполагал, что разные виды, как и сама Земля, образовались в результате непрерывно продолжающихся процессов. Он отвергал представления, сохранявшиеся после него еще 400 лет, что Земля неизменна, а всемогущий Творец щедро заселил ее разнообразными видами растений и животных всего за несколько дней.
