Wielki eksperymentator

Preferowano wiedzę opartą na objawieniu, czyli bezpośrednim kontakcie umysłowym ze Stwórcą, a nie obserwacji zjawisk zachodzących w przyrodzie.

Leonardo prezentował, jako jeden z pierwszych, zupełnie odmienne podejście do roli i istoty nauki. Za jej podstawę uważał założenie, że istnieje logika zjawisk przyrodniczych wykrywalna zmysłami, dająca się zrozumieć i wyrazić matematycznie (przyjmując przy tym, że cała ta rzeczywistość jest dziełem Boga). Doprowadziły go do tego rozważania nad teorią malarstwa, które stały się dla niego punktem wyjścia do analizy zjawisk widzialnych. Sądził, że ich poznawanie i pojmowanie stanowi zaczyn miłości dla Stwórcy. Uważał oko za najważniejsze „okno duszy” umożliwiające człowiekowi zrozumienie natury, ważniejsze od ucha (dlatego malarstwo stawiał wyżej od poezji czy muzyki). Uznawał, oczywiście, że istnieje zależność przyczynowo-skutkowa, a w zjawiskach przyrody – także w ich postrzeganiu – obowiązują prawa geometrii. Rozważał w naturze ruch, siłę, ciężar i zderzanie się ciał. Za instrumenty umysłowej analizy zjawisk uważał obserwację, eksperyment i matematyczne ujmowanie rządzących nimi praw.

Około 1490 roku zaczął stosować ilościowe podejście do badanych zjawisk, tworząc własną metodę naukową opartą na pomiarach, rozważaniach na modelach oraz posługiwaniu się technikami pomocniczymi (np. barwieniem wody w potoku w celu ułatwienia śledzenia jej przepływu). Przeprowadzając doświadczenia, mierzył ciężary, odległości i prędkości. W jego notatnikach znajduje się wiele wiadomości o przydatnych do tego przyrządach, niekiedy bardzo pomysłowych. Niemniej pomiary te przeprowadzał z reguły dość ogólnie – rzadko kiedy posługiwał się inną jednostką miary długości niż łokieć, czas mierzył przy użyciu zegarów wodnych i klepsydr piaskowych. Rozważając przepływ cieczy, posługiwał się modelami, z których najmniejszym były aorta i zastawki serca, największym zaś Morze Śródziemne. Zalecał parokrotne powtarzanie doświadczeń, żeby wyeliminować przypadkowe wpływy uboczne. Jeśli eksperyment dawał wynik sprzeczny z zakładanym z góry prawem matematycznym – odrzucał to prawo jako zweryfikowane negatywnie. W taki sposób – zresztą ku swemu zaskoczeniu – obalił niektóre prawidła dotyczące spadania ciał podawane przez Arystotelesa (ostatecznie ponad sto lat później rozprawił się z nimi Galileusz). Teoria bowiem miała tylko wskazywać drogę, ale podlegała weryfikacji empirycznej. Trudno nie dostrzec w tym zaczynu fermentu intelektualnego mającego niebawem doprowadzić (bez udziału Leonarda, którego ustalenia pozostały jego tajemnicą) do europejskiej rewolucji naukowej, która stała się punktem wyjścia do rozwoju nauki nowoczesnej. Badania ograniczał do świata widzialnego i mierzalnego, nie zajmując się takimi pojęciami, jak np. piękno.

Wyznawał zasadę najmniejszego wysiłku. Zapisał w notatnikach: „Każda czynność naturalna odbywa się na najkrótszej drodze”. A w innym miejscu: „Każda czynność naturalna dokonywana jest przez naturę w sposobie i czasie możliwie najkrótszym”. W zakresie statyki za punkt wyjścia przyjmował ustalenia Archimedesa.

W mechanice posługiwał się średniowiecznym pojęciem „impet”, nie doszedł do pojęcia „bezwładność”. Mimo to czynił w notatnikach spostrzeżenia bliskie w istocie pierwszemu („Każde ciało poruszone porusza się ciągle, o ile pobudka mocy poruszającej się w nim zachowuje”) i trzeciemu („Przedmiot, który uderza o powietrze, wykonuje taką samą pracę jak powietrze uderzające o przedmiot”) prawom Newtona. Stwierdzał też, że: „We wszystkich swych ruchach woda ma wielkie podobieństwo z powietrzem”.

Grawitacja jest, zdaniem Leonarda, siłą ciężaru skierowaną wzdłuż prostej łączącej przedmiot ze środkiem świata. Przeprowadzał związane z nią doświadczenia, obserwując spadanie dwóch odmiennych kul o zbliżonym ciężarze z wysokiej wieży. Uznał, że prędkość jest proporcjonalna do czasu spadania i – niesłusznie – że przebyta droga jest proporcjonalna do tego czasu (w rzeczywistości jest proporcjonalna do jego kwadratu). Opisał równoległobok sił (choć go nie narysował), zajmując się analizą lotu ptaków. Rozpatrując w 1504 roku to zagadnienie, doszedł do wniosku, że jeśli pelikan ważący 25 funtów ma rozpiętość skrzydeł wynoszącą 5 łokci, to człowiek ważący 400 funtów potrzebowałby do latania skrzydeł o rozpiętości ?400, czyli 20 łokci.

W badaniach anatomicznych rozpatrywał człowieka jako rodzaj maszyny. By poznać jej funkcjonowanie w najdrobniejszych szczegółach, dokonywał sekcji zwłok. Czynił to z samozaparciem – nie ukrywa w zapiskach, że z obrzydzeniem, niemniej bardzo dokładnie. Dbał o to, by odsłonić i rozpoznać układ krwionośny, nerwowy, mięśniowy. Badał funkcjonowanie serca i sporządzał jego modele. Szkielet uważał za układ dźwigni, dochodził sposobu, w jaki uczestniczą w ruchu mięśnie, badał połączenia stawów. Próbował wytłumaczyć mechanicznie funkcjonowanie układu nerwowego. Bardzo dużo uwagi poświęcił badaniu narządu wzroku. Wiedział, jak przebiega oddychanie, ale nie doszedł, rzecz jasna, co jest jego istotą.

Badał też fizjologię organów rozrodczych, stwierdzając: „Akt płciowy i wszystko, co się z nim łączy, jest tak ohydny, że ludzie wymarliby szybko, gdyby nie był on uświęconym tradycją zwyczajem i gdyby nie istniały ładne twarze i zmysłowe dyspozycje”. Badał też anatomię niektórych zwierząt, głównie po to, by porównywać ją z anatomią człowieka, na przykład budowę i działanie oczu z kocimi i ptasimi. Dokonywał też wiwisekcji. Zapisał, że żaba natychmiast umiera, kiedy przetnie się jej stos pacierzowy, choć nadal żyje pozbawiona głowy, serca, jelit czy skóry. Obserwacja ta była sprzeczna z ustaleniami Arystotelesa i Galena.

Jako pierwszy prowadził wielostronne badania anatomii roślin, zwłaszcza w 1513 roku, podczas pobytu w Rzymie. Studiował też ich fizjologię, na przykład rolę krążącego w nich soku. Zajmował się rozrostem pni i gałęzi drzew oraz ocenianiem ich wieku. Uważał, że rośliny żyją dzięki działaniu promieni słonecznych.

Najwięcej miejsca w swych notatkach i szkicach poświęcił Leonardo technice. Toteż przywykło się go przy każdej prawie okazji przywoływać jako prekursora. Istotnie, wiele znacznie później zrealizowanych pomysłów wynalazczych można znaleźć w jego zapiskach, w najdawniejszych ze znanych nam postaci. Ale choć z pewnością był wyjątkowo twórczym wizjonerem, zbyt słabo znamy technikę jego epoki, by z całą pewnością odróżnić to, co sam wymyślił, od tego, co zapożyczył od innych. Do niedawna przypisywano mu na przykład wynalezienie spadochronu, okazało się jednak, że zachowały się wcześniejsze pomysły tego urządzenia. Możemy się więc tylko domyślać, w jakim stopniu wyprzedzał swoją epokę.

Leonarda cechowało podejście pragmatyczne. To, co wiedział – zarówno z wcześniejszych ustaleń, jak i na podstawie własnych badań – starał się spożytkować, rozwiązując problemy techniczne. I robił to w sposób świadczący o rozeznaniu w rzemieślniczej praktyce technicznej. Jego pomysły są z reguły realistyczne, nawet kiedy wykraczają poza możliwości epoki. Mogą być dla niej zbyt trudne, ale nie są wytworem fantazji zupełnie oderwanym od „podejścia inżynierskiego”.

Leonardo był pierwszym badaczem skupiającym uwagę na ogromnie ważnym zagadnieniu tarcia w pracy urządzeń mechanicznych i przede wszystkim do jego ograniczania wykorzystywał swą pomysłowość. Zaprojektował np. łożysko toczne, którym zaczęto się posługiwać dopiero pod koniec XIX wieku. Zajmował się też konstrukcją różnego rodzaju przekładni, głównie kół zębatych, projektując maszynę do wycinania „w sposób naukowy” ich zębów (gwinciarkę).

Wśród jego pomysłów znajduje się wiele obrabiarek – szlifierek, walcarek, pras. Najważniejszym osiągnięciem w tej dziedzinie był projekt tokarki z prototypem tzw. wrzeciennika o ruchu ciągłym (bardzo podobną wprowadził do praktyki w 1569 roku Jacques Besson). Istotne też są jego szkice dotyczące wielu szczegółowych rozwiązań konstrukcyjnych rozmaitych elementów maszyn. Zdawał sobie sprawę ze zjawiska zużycia materiału. Interesował się zagadnieniami energetycznymi, m.in. zaletami i ograniczeniami kół wodnych, wydajnością deptaka (jedynego wówczas przenośnego „silnika”), transmisją energii za pomocą wałów (zaprojektował fabrykę oliwy, której wszystkie urządzenia poruszane były jednym źródłem napędu). Zaplanował również wiatrak wieżyczkowy, niemal identyczny z zastosowanym w pół wieku po jego śmierci w Holandii do osuszania polderów. Jako pierwszy opisał turbinę akcyjną poruszaną strumieniem pary. Prowadził próby ukierunkowane na stworzenie maszyn cieplnych, antycypując dużo późniejsze doświadczenia Christiaana Huygensa i Denisa Papina.

Doskonalił technikę drukarską i mincerską, zajmował się rozmaitymi zagadnieniami chemii technicznej (spalaniem, destylacją, separacją), sporządzaniem rozmaitych imitacji cenniejszych materiałów w celach dekoracyjnych, impregnacją papieru. Dużo uwagi poświęcał chłodzeniu mechanizmów wodą.

Są w jego spuściźnie rozwiązania mechaniczne związane z inżynierią, np. kafary do wbijania pali czy udoskonalona konstrukcja wrót śluzy kanałowej.Projekty maszyn latających Leonarda oparte na koncepcji ornitoptera (ruchome skrzydła) okazały się, przyznajmy, że dopiero po wiekach, ślepą uliczką. Myślał jednak też o szybowcach i jako pierwszy w dziejach eksperymentował ze śmigłem.