لوییجی گالوانی، پیشگام الکتروفیزیولوژی و کوشش برای کشف چگونگی حرکت پاهای قورباغه - تور ارمنستان ارزان

جهت دریافت خدمات طراحی ویلا سنتی با گروه ساختمانی آبان در ارتباط باشید. گروه آبان با سالهای تجربه طراحی معماری و ساخت و مشارکت در پروژه های ساختمانی ویلا و باغ کوچک و بزرگ بهترین انتخاب جهت مشاوره و اجرا میباشد.

این موضوع به این معنی نیست که بشر قبل از آن چیزی در خصوص الکتریسیته نمی دانست، اما آن الکتریسیته با انواع دیگر تفاوت داشت. یونانیان قدیم می دانستند که اگر جسم سختی را که رنگش زرد مایل به قهوه ای بود به پارچه ای مالش دهند. آن جسم ذراتی را از پارچه به سوی خود می کشد.

آن ها آن جسم را الکترون نامیدند و ما کلمه جدید الکتریسیته را از الکترون گرفته ایم. اما این الکتریسیته که با مالش ایجاد می شد، الکتریسیته ساکن بود و اگرچه در قدیم دانشمندان درباره قدرت جالب توجه آن جسم زرد مایل به قهوه ای و نیروی تکان دهنده عجیب برخی از ماهی ها تحقیق کردند، اما تا سال 1600 از چگونگی عمل عجیب بار الکتریکی اطلاعات دقیقی در دست نبود.

در آن سال، ویلیام گیلبرت انگلیسی، کتابی علمی منتشر کرد. این کتاب، جاذبه عجیب ماده طبیعی خاصی را به نام آهن ربا توضیح می داد. گیلبرت در کتابش جاذبه الکتریکی را آنالیز کرد. به علاوه او تعدادی از اجسام دارای خاصیت الکتریکی را، اجسام الکتریکی نامید.

بشر از زمان های قدیم، از وجود صاعقه مطلع بود، اما هیچ کس نمی دانست که این صاعقه ترسناک پدیده ای الکتریکی است. آن ها نمی دانستند که صاعقه با موارد زیر در ارتباط است. جاذبه عجیب الکترون زرد مایل به قهوه ای یونانی، ماهی مخصوصی که پزشکان رومی کشف کردند و جرقه های الکتریکی ای که بشر آن را فراوری می کرد.

اولین جرقه های فراوری شده به صورت مصنوعی، از توپ بزرگی ساطع می شد که آن را از عنصری شیمیایی به نام گوگرد ساخته بودند. اتوون گریکه، کارمند عالی رتبه دولتی در سال 1660 این توپ را در شهر مگدبرگ آلمان ساخت. زمانی که این توپ می چرخید، آقای اتوون گریکه دستش را روی آن قرار می داد و توپ نسبت به تکه های کوچک کاغذ و پر، قدرت جاذبه پیدا می کرد. وقتی سریع تر چرخانده می شد، جرقه هایی را که بدان اشاره نمودیم ایجاد می کرد.

تقریباً یک قرن بعد، پژوهشگران دیگری در شهر لیدن هلند، نوعی ظرف به نام بطری لیدن ساختند که توانایی ذخیره بار الکتریکی داشت. در آن موقع تعداد بسیاری از دانشمندان با دستگاه های الکتریکی، الکتریسیته ساکن فراوری می کردند، و با سیم های خارج شده از دستگاه به همکارانشان شوک وارد می آوردند. بعد از آن موقع طولی نکشید که یک آمریکایی به نام بنیامین فرانکلین ثابت کرد که الکتریسیته حاصل از صاعقه و الکتریسیته ساخت بشر هر دو از یک نوعند.

در سال 1747، پژوهشگری به نام ویلیام واتسون، سیمی را به بطری لیدن وصل کرد و شارژ الکتریکی را تا فاصله ای از بطری لیدن راهنمایی کرد. اما، الکتریسیته ساکن با حرکتی سریع و ناگهانی می تواند آزاد گردد نه با گردش پیوسته جریان.

الکتریسیته ساکن هنوز با ماست. و هر شخصی که از کنار فرشی ضخیم رد شده دستگیره دری را لمس نموده باشد، از این مطلب مطلعی دارد. این جریان الکتریسیته، جهانی عجیب وسایل الکتریکی ای را که ما در آن بسر می بریم، ممکن می نماید.

درست است که بشر از زمان آشنایی با چگونگی شارژ کردن مواد برای جاذب ساختن آن ها، از جریان الکتریکی استفاده می کرد. برای نمونه حدود 2000 سال پیش سازندگان اشیاء هنری طلا و نقره، در آسیا روش خاصی را برای پوشاندن این اشیاء با طلا و نقره به کار می بردند. روش کارشان بدین صورت بود که جریان ضعیف الکتریکی، فلز را از الکترود منفی به الکترود مثبت انتقال می داد.

در زمانی که کتاب گیلبرت دانشمندان جوان انگلیسی و اروپایی را به هیجان آورده بود، مردی هلندی به نامیان سوامردام آزمایشی غیر عادی، روی قسمتی از ماهیچه قورباغه انجام داد. او در آن واحد پای قورباغه را به سیم های نقره و مس وصل کرد و سبب حرکت پای قورباغه شد. تقریباً یک سال بعد، در سال 1767 مردی سویسی به نام جی. جی. سولزر، آزمایشی را انجام داد که اندکی با آزمایش سوامردام تفاوت داشت. او سکه هایی را از فلزات مختلف با سیم به هم وصل و سر سیم ها را به زبانش متصل کرد. او می توانست اثر ضعیفی را از جریان الکتریکی حس کند.

آنچه ما حالا باتری می نامیم مدتها قبل از حرکت پاهای قورباغه پروفسور گالوانی ساخته شد. با وجود این هیچ کس این مسأله را نمی دانست زیرا کار باتری های الکتریکی در آن موقع، به الکتریسیته مرتبط نبود. آن ها تکه های کاغذ را جذب نمی کردند و مسلماً جرقه ای نیز از آن ها ساطع نمی شد.

لوییجی گالوانی خبرنگاران ایتالیایی، فیزیک دان، زیست شناس و فیلسوف سرشناس قرن هجدهم (1737 تا 1798 میلادی) بود. او در شهر بولونیای ایتالیا به جهان آمد. پدرش زرگر بود و مادر او همسر چهارم پدرش بود. خانواده اش اشرافی نبود، اما آنها می توانستند هزینه برای فرستادن حداقل یکی از پسران خود را برای تحصیل در دانشگاه فراهم نمایند. او ابتدا می خواست به کلیسا برود. بنابراین در 15 سالگی راه متداول مذهبی این کار را پیش گرفت. او می خواست این راه را ادامه دهد اما پدر و مادرش او را متقاعد کردند تا این کار را رها کند. در حدود 1755، گالوانی وارد دانشکده هنر دانشگاه بولونیا شد. او پس از تحصیل در علم طب، به استادی دانشگاه بولونا (Bologna) رسید.

پروفسور گالوانی روزی در آزمایشگاه در حال شکافتن بدن قورباغه مرده ای بود تا به دانشجویانش قلب، شکم، ماهیچه ها و اعضای دیگر بدن آن را نشان دهد. گالوانی آن موجود پابلند را روی میز قرار داد و به سوی همکارش که در کنارش بود برگشت. این مرد جوان، در حالی که چاقویی در دست داشت، کارهایی را با دستگاه الکتریسیته ساکن انجام می داد. گالوانی که تا حدی عصبانی شده بود، به مرد جوان گفت که در انجام کارش دقت بیشتری کند. همکارش به دلیل اشتباهش از او عذرخواهی کرد. در آن هنگام، پروفسور گالوانی زیرچشمی چیزی را دید که باعث شد سرش را به سرعت بچرخاند. پاهای قورباغه تکان خورده بود.

گالوانی در حالی که به قورباغه مرده که هنوز به آرامی تکان می خورد نزدیک می شد، پرسید: مرد جوان چه کار کردی؟

مرد جوان با صدایی لرزان، از این که یکی از اعصاب قورباغه را بریده بود، اظهار تأسف کرد.

پروفسور به او گفت: چیزی بریده نشده است. این دفعه با دقت چاقو را به عصب بزن. دستیارش با دقت نوک چاقو را نزدیک عصب قورباغه آورد. هیچ اتفاقی نیفتاد و او به مافوقش نگاه کرد.

گالوانی از دستیارش پرسید که با دستگاه الکتریکی چه کار می کرد. دستیارش به او گفت که در حال فراوری جرقه الکتریکی بود و سپس پرسید که چه چیزی می توانسته باعث حرکت پاهای قورباغه شده باشد.

گالوانی مطمئن نبود، اما می خواست علت را بداند. او در جایی که دانشجویان ایستاده بودند، بین دستگاه و قورباغه ایستاد. چند دقیقه بعد بدون تردید ثابت کرد که بار الکتریکی با عبور از بدن دستیارش و چاقویی که در دست داشت سبب حرکت ناگهانی و شگفت آور پاهای قورباغه شده است.

افراد دیگری ثابت نموده بودند که تخلیه الکتریکی نوع مخصوصی از ماهی ها خیلی شبیه آن دستگاه الکتریکی است. فرانکلین نشان داد که صاعقه هم در مقیاسی بزرگتر همانند آن دستگاه الکتریکی است. چرا آزمایش پای قورباغه را بیرون، هنگام طوفان انجام ندهیم؟

گالوانی در حیاط نمونه ها را با استفاده از عصب از میله ای آهنی آویزان کرد. به هنگام صاعقه پاهای قورباغه تکان می خوردند درست همان طور که در آزمایشگاه حرکت نموده بودند!

سپس حادثه غیرمنتظره دیگری روی داد. گالوانی قلابی مسی را وارد بدن قورباغه کرد و آن را از میله ای آهنی آویزان کرد - پاهای قورباغه بدون هیچ دستگاه الکتریکی، بطری لیدن یا صاعقه، همانند قبل تکان می خوردند؟

نظریه ای در ذهن کنجکاو گالوانی در حال شکل گیری بود. به دلیل این که او به موجودات زنده بیش از مواد معدنی علاقه مند بود، می خواست ثابت کند، نیرویی که باعث حرکت عجیب قورباغه مرده می گردد خود موجودی است که زمانی زنده بوده است. در این میان چیزی بود که با آن می توانست نظریه اش را ثابت کند. البته او مثل همواره محتاط بود.

شاید زمانی که صاعقه ای در آسمان وجود نداشت و آسمان صاف بود، الکتریسیته ای در هوا وجود داشت. بنابراین گالوانی آزمایشش را دوباره در داخل خانه انجام داد. در داخل آزمایشگاه، پاهای قورباغه را از صفحه ای آهنی با یاری قلابی که از فلز دیگری شده بود - آویزان کرد. پاها دوباره حرکت کردند!

خاتمه گالوانی تصمیم گرفت تا علت حرکت پاهای قورباغه را بیان کند.

دو پاسخ ممکن بود. نخست آن که پاهای قورباغه فقط عاملی برای کشف الکتریسیته پنهان بود و دوم آن که فلز با برخورد به اعصاب چیزی را تحریک می کرد که ویژگی طبیعی خود بافت محسوب می شد. گالوانی پاسخ دوم را بیشتر قبول داشت. شاید در این میان رازی حیاتی یا نیرویی خارجی بود و گالوانی آن را الکتریسیته حیوانی نامید.

این نظریه جالب توجه بود. بشر انواعی از ماهی ها را می شناخت که الکتریسیته شدیدی از خود فراوری می کردند. چرا جانوران دیگر نباید چنین توانایی را داشته باشند؟

گالوانی این طور فکر می کرد که موجود زنده چیزی همانند بطری لیدن و شاید همانند آن دستگاه الکتریکی است که سبب شده بود او این تحقیقات را شروع کند. در سال 1791، مجله ای علمی نتایج آزمایش های دقیق و طولانی گالوانی را در خصوص پای متحرک قورباغه چاپ کرد. گالوانی با افتخار مقاله اش را در چند نسخه چاپ کرد تا برای برخی از دوستانش بفرستد. یکی از این نسخه ها را به استاد فیزیک دانشگاه پاویا در ایتالیا فرستاد. طولی نکشید که این مرد، الساندرو ولتا ، با نظریه گالوانی مخالفت کرد.

ولتا در شروع چنین فرض کرد که گالوانی به درستی علت حرکت عجیب پای قورباغه را فهمیده است. شاید بار الکتریکی بسیار زیادی در ماهیچه مرده ذخیره شده بود و لمس کردن ماهیچه و عصب راهی برای آزاد کردن الکتریسیته به وجود می آورد. حرکت پاهای قورباغه نیز بخشی از واکنش بود.

ولی طولی نکشید که ولتا نظر خود را تغییر داد. ولتا کشف کرد که می تواند دو سر فلز را به اعصاب پاهای قورباغه وصل کند و پاهای قورباغه را حرکت دهد. بنابراین، این واکنش فقط مخصوص به بطری لیدن باردار نبود. سپس فلزات مختلف را به هم وصل و آن ها را به جای پاهای قورباغه به زبان خودش متصل کرد! او می توانست انرژی الکتریکی را حس کند. بعدها، او یکی از آن فلزات متصل به هم را به چشمش نزدیک کرد و گزارش داد که نه تنها چیزی حس نموده، بلکه جرقه ای نیز در همان لحظه دیده است. وقتی که سرهای فلزات غیر مشابه را جدا می کرد، اثر فوراً ناپدید می شد. در شروع، ولتا هنوز فکر می کرد که بدون جریان خارجی الکتریسیته، الکتریسیته موجود در بدن حیوانات نمی تواند مؤثر واقع گردد. اما، با هر آزمایش کم کم یقین پیدا می کرد که این الکتریسیته از بدن حیوانات نبوده بلکه از قطعه فلزات متصل به هم است! چه چیز در این مورد غیرعادی بود؟ می توان فلزات را باردار کرد و آن ها می توانند دارای بارهای مختلف شوند. او حتی یقین داشت که گالوانی نیز از چنین فلزاتی در آزمایش هایش استفاده نموده است.

در سال 1793 ولتا نتایج تحقیقاتش را در مجله ای انگلیسی چاپ کرد. او از گالوانی برای کشف شگفت آورش تمجید کرد، اما نظریه دیگری را ارائه داد. یک سال بعد، ولتا که هنوز به دلیل تحقیقاتش برروی الکتریسیته ساکن مشهور بود، مقاله دیگری راجع به آزمایش هایش چاپ کرد.

این بار اظهار کرد که الکتریسیته گالوانی حیوانی نبوده بلکه الکتریسیته فلزی بوده است. ولتا در مقاله اش که یکی از مهمترین مقاله های علمی است، به این مسأله نیز اشاره نمود که از کربن می توان به جای یکی از فلزات غیر مشابه استفاده کرد و رطوبت بین چنین فلزاتی باعث ایجاد جریان می گردد. همه این کارها برای کشف باتری الکتریکی که استفاده از بسیاری از وسایل الکتریکی را میسر می نماید، انجام شد. در مقاله فهرستی چاپ شد، که قدرت مواد مختلفی را که می شد از آن ها همچون فلزی در باتری استفاده کرد با هم مقایسه می کرد. برای نمونه کربن و فلزی که روی نامیده می شد از این دسته جدا بودند. بدین معنی که باتری قویتری می ساختند. امروزه نوع متداول باتری خشک، از کربن و روی است.

ولتا متوجه شد که باتری الکتریکی که در آن فلزات غیر مشابه یکی بر روی دیگری قرار می گیرد، نمونه ای از قسمت های الکتریکی بدن نوعی ماهی فراوری نماینده شوک الکتریکی است. این مطلب نشان می داد که سخنان گالوانی تا اندازه ای صحیح بوده است.

در سال 1879، یعنی 81 سال بعد از فوت گالوانی، این مسأله آشکار شد، که قلب بشر هنگام تپیدن، الکتریسیته فراوری می نماید. امروزه ما می دانیم که همه موجودات زنده الکتریسیته ایجاد می نمایند و به نظر می رسد که ما به کشف چیزهای شگفت آوری درباره اهمیت الکتریسیته بدنمان نزدیک باشیم.

نام گالوانی را به یادگار بر روی چندین کلمه انگلیسی گذاشته اند. گالوانیک به معنی فراوری جریان الکتریسیته است و گالوانومتر وسیله ای برای اندازه گیری جریان الکتریسیته است. اما نام ولتا را بر روی کلمه مهمتری گذاشته اند، ولت واحد اندازه گیری مقدار نیرویی است که جریان الکتریکی فراوری می نماید. ولت جریان پیوسته الکتریکی را جایگزین جرقه کوتاه آزاد شده از دستگاه الکتریسیته ساکن کرد. جریان الکتریسیته مسلماً از هنگامی که ولتا فلزات غیر مشابه را به هم وصل کرد و نشان داد که آن ها فراوری الکتریسیته می نمایند، در حرکت بود - الکتریسیته ای که نخستین بار لوئیجی گالوانی با حرکت عجیب پاهای قورباغه کشف کرد.

منابع: کتاب کشف های تصادفی در علم - دانیل استفان هالاسی - انتشارات روزنه - مدخل گالوانی در سایت راسخون