Teleskopet, mikroskopet och luftpumpen brukar beskrivas som 1600-talets mest epokgörande uppfinningar. För alla är det uppenbart att teleskopet och mikroskopet öppnade nya världar – ut i rymden och in i naturens minsta skrymslen. Men de flesta är nog osäkra på luftpumpens betydelse och den brukar också i skildringar av vetenskapshistorien hamna i skymundan. Däremot har den fått en mycket framskjuten plats på National Gallery i London – på Joseph Wrights stora målning från 1768, The Experiment on the Bird in the Air Pump – en av de målningar som museets besökare stannar vid längst tid för att begrunda.

Joseph Wright föddes i Derby den 3 september 1734 som tredje son till John Wright och Hannah Brookes. Fadern var jurist och hans två äldre bröder blev läkare. Men Wrights håg stod till konsten och efter viss tvekan från fadern fick han resa till London där han från 1751 till 1753 var elev hos Thomas Hudson.

”Troligen var det Erasmus Darwin och den krets av intellektuella personer där han ingick som inspirerade Wright till de verk som speciellt givit honom en framskjuten plats i konsthistorien.”

Joshua Reynolds, som också varit elev hos Hudson i London, hade tidigt i sin karriär förklarat att den enda vägen till framgång ledde till London, den enda plats där man kunde bli berömd och bygga en förmögenhet. Men Wright upptäckte att det var en fördel att verka utanför London, och han återvände till sin födelsestad där han, som Joseph Writght of Derby, fick både uppmärksamhet som landskaps- och porträttmålare och hyggliga inkoms­ter. Men han kunde nog inte ana att det år 2022 skulle krävas en donation på 2,3 miljoner pund för att Derby Museum and Art Gallery skulle kunna förvärva ett av hans självporträtt.

Wright gifte sig 1773 med Anne Swift, ”en person i en underlägsen ställning i livet”, och paret fick sex barn. Medan hustrun var höggravid med deras första barn flyttade de till Rom och bodde där från 1773 till 1775. Wright tillbringade en höstmånad 1774 i Neapel där han såg och anade kraften hos Vesuvius, som dominerade Neapelbukten och dess omgivningar. Han fick inte uppleva Vesuvius utbrott 1777, men efter hemkoms­ten till Derby målade han ändå fler än trettio vyer av den exploderande vulkanen.

Joseph Wright, som dog 1797, var en tillbakadragen person, och han trivdes bäst i den provinsiella medelklassocieteten, till vilken hans klienter hörde. En av dessa var Erasmus Darwin, Charles Darwins farfar, som var en av Englands främsta läkare och behandlade Wright för periodvisa depressioner. Troligen var det ­Darwin och den krets av intellektuella personer där han ingick som inspirerade Wright till de verk som speciellt givit honom en framskjuten plats i konsthistorien.

Offentliga vetenskapliga föreläsningar som riktades till en lekmannapublik blev populära vid mitten av 1700-talet. Den skotske astronomen och föreläsaren James Ferguson höll en serie sådana föreläsningar i Derby och omgivande städer 1762–1764. För att illust­rera sina föreläsningar använde han sig av olika maskiner, modeller och instrument, och föreläsningarna besöktes av en mycket blandad publik. Sannolikt deltog Wright i Fergusons föreläsningar och inspirerades av dem till sina ”vetenskapliga” målningar.

Imålningen A Philosopher giving a Lecture on the Orrey (se sid 33) finns i centrum en modell av ett planetarium, bestående av en serie koncentriska stålband som representerar stjärnornas positioner sedda inifrån solsystemet, som i sin tur representeras av små metallsfärer fästa vid ekrar centrerade på solen. Wright har placerat modellen i ett mörkt rum där en föreläsare demonstrerar planeternas rörelser och stjärnornas relativa positioner för kvinnor och män, gamla och unga – som för att visa att naturfilosofin är öppen för alla. Solen har ersatts av en lampa så att föreläsaren kan förklara en solförmörkelse – det plötsliga mörker som tidigare var så skrämmande men som vetenskapen nu kan förklara. Wright låter åskådarnas ansikten träda fram ur rummets mörker som om de blivit upplysta i både fysisk och intellektuell bemärkelse.

Wright sade själv att han målade ”Candle­light”-tavlor, och om att ljus och mörker spelar en stor roll i Wrights konst vittnar titlarna på två stora biografier: B Nicolson, Joseph Wright of Derby. Painter of Light (1968) och M Craske, Joseph Wright of Derby. Painter of Darkness (2020).

Wright var 34 år gammal när han målade Experiment on a Bird in an Air Pump, det verk som kom att bli hans verkliga paradnummer. Vid utställningen 1768 hos The Society of Artists väckte målningen stor uppmärksamhet. Den var till ytan (183 x 244 cm) utställningens största och betraktarna kände, liksom dagens museibesökare, att de drogs in i den grupp personer som på målningen samlats kring ett bord i en mörk, nästan mystisk miljö för att titta på ett experiment.

En man som verkar vara en föreläsare eller vetenskapsman demonstrerar ett experiment där en fågel, en skinande vit kakadua, tagits ut ur sin bur och placerats i glasbehållaren till en luftpump. Målningen visar mycket mer än själva experimentet, alltså vad som händer med fågeln när glasbehållaren med hjälp av luftpumpen töms på luft. Alla åskådarna vet att fågeln kommer att dö i det vakuum som uppstår om före­läsaren som styr experimentet inte med sin vänstra hand öppnar luftventilen och släpper in luft.

Man får intrycket att konstnären egentligen i första hand vill skildra ett mänskligt drama, där de som samlats kring bordet ger uttryck för olika reaktioner: två unga flickor riktar ängsliga blickar mot fågeln eller vänder helt bort blicken; en medelålders man försöker trösta flickorna och kanske förklara att föreläsaren kommer att släppa in luft och att fågeln kommer att överleva; två yngre män följer uppmärksamt experimentet, den ene med en klocka, en kronometer, i handen; en äldre man tittar ner – kanske funderar han över livets, sitt eget livs, förgänglighet; och, slutligen, en ung kvinna som inte tycks bry sig om experimentet och bara ser på sin älskares ögon.

När man försöker förstå vad Wright ville visa med sin målning är det viktigt att veta att han, beträffande luftpumpen, inte visade någonting som då var nytt. Sedan mer än hundra år visste man att djur inte kunde andas i vakuum och också att ett ljus inte kunde brinna i vakuum. Vad som däremot på 1760-talet fortfarande var okänt var orsakerna till detta och man visste inte vad luft egentligen är.

Den första luftpumpen uppfanns troligen omkring 1650 av Otto von Guericke, som var borgmästare i staden Magdeburg i Saxen. Han lade samman två halvsfärer av koppar med ett lager av fett som tätning och sög ut all luft med hjälp av en luftpistolscylinder och en ventil. Vid en demonstration i Regensburg 1654 lät han två ekipage med vartdera åtta hästar dra åt var sitt håll i ett försök att dra isär kopparsfären, vilket misslyckades. von Guericke sade att han hade skapat ett vakuum – han hade trotsat naturen. Vakuum sågs som naturens förbannelse – en omöjlighet. Om luft avlägsnas från ett utrymme skulle naturen fylla denna tomhet.

von Guericke konkluderade att den kraft som höll samman sfären var atmosfärens vikt, alltså den kraft vi nu kallar för atmosfärstrycket. Men vårt intryck är ju att luften är lätt – ”lätt som luft” – och, om luften har en sådan sammanpressande kraft, varför blir vi själva i så fall inte krossade? (Vi vet nu att svaret är att största delen av kroppen har få hålrum och att de som finns innehåller luft med samma tryck som den omgivande luften.)

Det var den italienske matematikern Evange­lista Torricelli som några år före von Guerickes konstruktion med hjälp av genialt enkla försök hade visat att luften har en vikt. Han fyllde ett meterlångt glasrör, som var slutet i ena änden, med kvicksilver och höll för öppningen med ett finger. Sedan vände han röret upp och ner och satte ner det i ett kärl, delvis fyllt av kvicksilver, och drog undan sitt finger.

Trots sin tyngd rann bara en mindre del av kvicksilvret ned i kärlet. Precis som Torricelli hade kalkylerat stannade en omkring 76 cm hög kvicksilverpelare i glasröret. I fortsatta försök visade han att det inte är det vakuum som bildas ovanför kvicksilvret som håller det kvar i glasröret utan luften som uppifrån trycker på kvicksilvret i kärlet och därigenom hindrar kvicksilvret från att rinna ut. Torricelli konstruerade 1643 den första barometern för att mäta atmosfärens tryck (grekiskans baros = tryck). I ett brev till en vän 1644 förklarade han bestämt att ”vi lever nedsänkta på botten av en ocean av luft, som vi, genom obestridliga experiment, vet har vikt”.

Stimulerad av von Guerickes luftpump ville engelsmannen Robert Boyle konstruera en förbättrad och mer lättanvänd luftpump, och till hjälp tog han en ung man, Robert Hooke, som han anställt 1655. De kom båda att räknas till vetenskapshistoriens giganter.

Robert Boyle föddes den 1 januari 1627 i Waterford, Irland som 14:e sonen till Ist Earl of Cork. Efter utbildning, först hemma och sedan vid Eton tillbringade Boyle en tid på kontinenten och träffade då Galileo i Florens 1641–1642. Hemkommen bodde han, ekonomiskt helt oberoende, i London och en period i Oxford, där han snart kom att tillhöra en krets av vänner som diskuterade vetenskapliga frågor. Boyle kallade gruppen det ”osynliga kollegiet”, och detta skulle 1662 bli Royal Society i London, och Boyle skulle själv bli en av sällskapets ledande medlemmar, ”fellows”.

Boyle betonade att vetenskapliga framsteg måste bygga på experiment, och gjorde viktiga insatser inom flera olika forskningsområden, men betraktas först och främst som kemins fader.

Robert Hooke, var född 1635. Han kom från enkla förhållanden, men olika välgörare som observerade hans allsidiga begåvning såg till att han fick lära sig teckning, latin, grekiska, matematik, geometri, mekanik och också att spela orgel. Han flyttade till Oxford 1653 och studerade astronomi och mekanik och kom där i kontakt med några av landets främsta naturfilosofer och anställdes av Boyle. Han fick ett årligt arvode på 40 pund och brukar räknas som Englands förste avlönade vetenskapsman.

Hooke var ett tekniskt snille och uppfann eller konstruerade ett flertal instrument som var ovärderliga för att förstå världen som den egentligen är. Mest berömt är hans mikroskop, i det epokgörande verket Micrographia beskrev han de fantastiska resultat som kunde erhållas när en ”enkel filosof, med ett troget öga med sitt mikroskop undersöker och med en uppriktig hand själv registrerar sakerna precis som de uppträder”.

Tillsammans konstruerade Boyle och Hooke en avsevärt förbättrad luftpump som var lättare att hantera och som tillät experiment inne i pumpen, i en sfärisk glasbehållare med en diameter på 38 cm, som var förbunden med en pumpcylinder av mässing. Glasbehållaren hade en öppning i toppen genom vilken objekt som skulle användas i experimenten kunde föras in, varefter öppningen stängdes.

Med denna luftpump utförde sedan Boyle på kort tid en rad epokgörande experiment som han beskrev i New Experiments Physico-Mechanical, Touch the Spring of the Air, and Its Effects, publicerad 1660.

Före Boyles experiment med luftpumpen hade luften uppfattats som ett enhetligt element, och ordet luft hade mer eller mindre betraktats som synonymt med ingenting. Luftens osynlighet och genomskinlighet gav inga ledtrådar till dess egenskaper. Men de experiment som Boyle genomförde med användning av luftpumpen och rapporterade om i den ovannämnda skriften förändrade allt.

Boyle rapporterade att luften var elastisk, som fårull som kan pressas samman för att på nytt expandera när trycket upphör. Ett sätt att visa detta var att till hälften fylla en urinblåsa från ett får med luft och snöra ihop blåshalsen och placera blåsan i luftpumpens glasbehållare. När luften i glasbehållaren tömdes med hjälp av pumpen ökade fårblåsans volym kraftigt för att åter minska när trycket i behållaren normaliserades. Boyle skulle senare utveckla undersökningarna av luftens elasticitet till vad som kommit att kallas Boyles lag: Vid oförändrad temperatur är volymen hos en given mängd gas omvänt proportionell mot gasens absoluta tryck.

I ett annat försök placerade han ett talgljus i behållaren och när denna stegvis tömdes på luft såg han att ljuslågan ändrade karaktär och slocknade.

En liten fågel, en lärka, flaxade livligt när lufttrycket i behållaren var normalt men när den tömdes på luft började fågeln verka sjuk och fick kramper och dog. En annan fågel tycktes död 5–6 minuter efter det att behållaren tömts på luft men återhämtade sig när luft på nytt släpptes in. På samma sätt blev en mus som placerats i behållaren medvetslös när lufttrycket sänktes men vaknade till liv igen när den fick luft, men möss som i andra försök varit utan luft under längre tid gick inte att ”återuppliva”.

Royal Society of London grundades 1660 med syftet att befordra ”fysiko-matematisk­ experimentellt kunnande” och fick 1662 kungligt brev och officiellt status med kung Karl II som beskyddare. Men kungen var kallsinnig till alla önskemål om ekonomiskt stöd, och ett besök på Royal Society gjorde honom inte mer välvilligt inställd. Han förevisades ett försök med luftpumpen: Med hjälp av pumpmekanismen tömdes först glasbehållaren på luft och förseglades, varefter den lossades från pumpen och vägdes. Sedan öppnades glasbehållaren så att luft släpptes in igen och den vägdes på nytt.

Ökningen visade vikten på den mängd luft som behållaren rymde. Kungen blev inte imponerad. Att väga luft tyckte han bara var löjligt. Men icke desto mindre har luften en vikt, en kubikmeter väger 1,3 kg, och (för att utnyttja en ofta använd jämförelse) är det ett faktum att den luft som ryms inom en tänkt cylinder som innesluter Eiffeltornets fyra ben och når till tornets topp väger mer än själva metallkonstruktionen.

Kritiker menade att Boyles vakuumexperiment ledde till perversa tolkningar. Hur kunde man lära sig någonting om naturen genom att studera ett onaturligt tillstånd? Boyle hävdade att även om luftpumpen skapade en konstgjord situation gav den fortfarande giltig information om Guds naturliga värld. Traditionellt hade naturfilosofer förlitat sig på förnuftet och använt teorier för att förklara vad som händer. Boyle och Hooke ville, i Francis Bacons anda, vända på den logiska riktningen och börja med observerade fakta och utifrån dem gå mot förklaringar av hur naturen fungerar. Boyle utpekades också som djurplågare, bland annat av Samuel­ Johnson som menade att djurexperiment inte hade något annat syfte än att ”utveckla tortyrmetoder”. I själva verket plågades Boyle själv av det lidande han åsamkade försöksdjuren.

Då Wright arbetade med målningen av fågeln i luftpumpen hade många luftpumpar av olika modeller tillverkats, och vissa såldes till välbärgade amatörer. Den luftpump som avbildas i Wrights målning tillverkades av en Benjamin Martin och såldes tillsammans med förslag och anvisningar för olika experiment. Vissa av dessa hade som syfte att visa att ett litet djur, som fick kramper och tycktes bli medvetslös när glasbehållaren tömdes på luft kunde ”återupplivas” om luft släpptes in i behållaren.

Många är övertygade om att det var detta scenario som Wright ville skildra. För detta talar att mannen nere till väns­ter vid bordet tycks hålla noga reda på tiden med hjälp av sitt ur, och, inte minst, att Wright genom att avbilda en dyrbar, exotisk fågel ville markera att det inte är fråga om att beröva den livet. (En skiss som man funnit på baksidan av Wrights självporträtt visar att han först tänkt avbilda en liten sparv.) Andra har föreslagit att den vackra fågeln har det dubbla syftet att inte bara vara ett försöksobjekt utan samtidigt en bild av den heliga Anden – som den vita duvan i religiösa målningar.

Med den vita kakaduan för Wright betraktaren av målningen tillbaka till den moraliska konflikt mellan vetenskap och etik som plågade Boyle hundra år tidigare. Boyle frågade sig om strävan efter sann kunskap om naturen gav honom och andra naturfilosofer rätten att plåga djur, som i lika hög grad som han själv är en del av Guds skapelse; hans svar var att det inte fanns något enda svar; vars och ens samvete måste få råda.

Ett bevis på tidlösheten hos Wrights målning är att vi ett par hundra år senare står inför samma etiska dilemma som Boyle. Den forskare som idag vill göra ett ingrepp på en sövd eller bedövad råtta, som kommer att avlivas direkt efter ingreppet, måste ansöka om tillstånd av en djuretisk kommitté. Däremot är det fritt fram för skadedjursbekämpare att lägga ut råttgift som gör att råttor som äter av det dör långsamt och smärtsamt av inre blödningar. Livet är inte lätt – varken för råttan eller för forskaren som, även efter godkännande av djuretisk kommitté, måste följa det egna samvetet.

Boyle hade med sina experiment med luftpumpen visat att djur inte kunde andas och ljus inte kunde brinna i vakuum, men fortfarande vid tiden för Wrights målning av försöket med luftpumpen frågade sig naturfilosofer varför.

Första steget till en förståelse att luft inte var ett enhetligt element utan en blandning av olika gaser togs i mitten av 1750-talet av engelsmannen Joseph Black, som upptäckte att en ”ånga” eller gas, som frisattes när han hettade upp eller blandade krita med syra, omedelbart släckte en ljuslåga som stod intill och på några sekunder dödade små fåglar som andades in den. Han hade upptäckt den gas vi nu kallar koldioxid. Han lade senare märke till att det i kalkvatten uppkommer en vit fällning om det kommer i kontakt med koldioxid, och han utförde ett udda försök i den lokala kyrkan.

En morgon placerade han ett kärl med kalkvatten i ett ventilationsrör. Flera timmar senare, efter gudstjänsten, hade vätskan blivit vit vilket visade att vår utandningsluft innehåller koldioxid, men i så liten koncentration att det krävdes en präst och en hel församling för att visa det. Syre upptäcktes ett kvartsekel senare av Carl Wilhelm Scheele i Sverige och Joseph Priestley i England, men det var fransmannen Antoine Lavoisier som satte det i ett sammanhang och visade att det var en viktig ingrediens i både luft och vatten och en förutsättning för förbränning.

Inte förrän tio år efter det att Wright fullbordat sin målning förstod man alltså att det var tillgång eller brist på syre som avgjorde om kakaduan­ skulle leva eller dö – en av vetenskapens verkligt stora upptäckter. Men det etiska problemet för betraktarna av försöket med luftpumpen skulle inte ha lindrats av den kunskapen.