Человек огромной разносторонности, Леонардо вел борьбу со старым миром, миром невежества, косности и тупости и другим оружием. Этим оружием была наука, которой он отдал столько же сил и энергии, как и искусству. И так же, как и в искусстве, в своих исканиях и достижениях Леонардо шел в первом ряду титанов эпохи, в первом ряду борцов за торжество подлинной науки и прогресса.
Могучими орудиями познания Леонардо считал науку и прежде всего математику. «Никакое человеческое исследование, — писал он, — не может претендовать на название истинной науки, если оно не пользуется математическими доказательствами». «Нет никакой достоверности там, где не находит приложения одна из математических наук, или там, где применяются науки, не связанные с математическими». Леонардо не только основательно знал современную ему математику, но много и плодотворно работал сам, двигая ее вперед. Недаром среди его близких друзей мы встречаем крупнейшего математика того времени — Луку Пачоли. Математика была нужна Леонардо как инженеру и ученому и как художнику. Она давала ему возможность разрешить ряд основных вопросов художественного мастерства — проблему перспективы и композиции.
«Вся философия, — писал Леонардо, выступая против идеалистов всех мастей, — начертана в той грандиозной книге, которая постоянно лежит раскрытой перед нашими взорами: я говорю о мироздании», — и он всю свою жизнь упорно, настойчиво и систематически изучал эту грандиозную книгу. Считая всеобщим законом природы колебательные движения, Леонардо утверждал, что звук, свет, теплота, магнетизм, запах распространяются волнообразно, предваряя в этом отношении ученых XIX века. «Движение есть причина всякого проявления жизни», — писал он.
Еще в годы своей юности Леонардо много работает в области науки и техники. «Он делал, — рассказывает его старинный биограф Вазари, — рисунки мельниц, сукновальных машин и приборов, которые можно было пускать в ход силою воды». Леонардо тщательно изучает труд и орудия труда флорентийских ремесленников и рабочих столь прославленных во всей Европе шерстяных мануфактур. Малая производительность этих примитивных орудий производства возмущает Леонардо, и он задается мыслью создать более совершенные станки, по возможности облегчить тяжелый труд человека, поставив на службу ему силы природы. И вот тетради Леонардо начинают заполняться рисунками и схемами валяльных, стригальных, прядильных, ткацких и других станков, которые, по мнению даже специалистов нашего времени, представляют собой большой шаг вперед в развитии современной ему технической мысли и вносят значительные улучшения в существовавшие тогда аппараты и технические приспособления. Таков, например, созданный Леонардо проект механической самопрялки, гораздо более производительной, чем прялка Юргенса, которой пользовались до конца XVIII века.
Леонардо, по словам того же биографа, «был первым, кто еще юнцом поставил вопрос о том, как использовать реку Арно, чтобы соединить каналом Пизу и Флоренцию». Флоренция — центр итальянской текстильной промышленности и торговли, снабжавшая своими изделиями всю Европу, — расположена вдали от моря, и, помимо того, что перевалка грузов на морские суда вызывала излишние расходы, сами приморские порты находились во власти других государств. Проект Леонардо не только значительно облегчал снабжение Флоренции сырьем и сбыт ее товаров, но имел огромное значение и для развития сельского хозяйства в долине реки Арно. Леонардо, детство которого прошло в деревне, хорошо был известен тяжелый труд итальянского крестьянина, гнетущая зависимость его от стихийных сил природы, когда внезапные наводнения, вызванные таянием снега в горах, в один миг уничтожали результаты многих лет труда.
Отсюда постоянный, глубокий интерес Леонардо к вопросам гидротехники, его наблюдения над течением рек и его проекты создания ряда гидротехнических сооружений, целой сети оросительных каналов на реках По и Арно. Лишь немногие из этих проектов были осуществлены в то время. В последующие века, в период господства капитализма, правящие классы не хотели, да и не были в силах реализовать грандиозные и смелые замыслы Леонардо. Об этом свидетельствует бывшее недавно (в ноябре 1951 года) огромное наводнение в низовьях реки По.
Еще в флорентийский период своей жизни Леонардо начал заниматься анатомией, которая интересовала его прежде всего как художника. Ему было ясно, что без отличного знания анатомии и физиологии человека он не сможет давать реалистическое изображение человека во всех положениях его тела, во всех его действиях и переживаниях. Анатомией занимались и до Леонардо, но он был первым, кто начал вскрывать трупы и систематически изучать строение и жизнь организма. Известно, что создатель науки анатомии, видный итальянский ученый Безалий так много взял из литературного наследия, рисунков и зарисовок Леонардо, что некоторые исследователи были склонны обвинять Безалия в плагиате у Леонардо.
Много труда положил Леонардо в это же время на изучение механики и математики. Его внимание привлекали вопросы обороны городов, создание наилучшей системы оборонительных сооружений, вопросы построения крепостных стен, башен, бастионов, рвов и т. п. Попутно он занимался и конструированием осадных орудий и приспособлений. С большим вниманием он изучил искусство отливания пушек. Характерные черты инженерно-технического гения Леонардо сказались в упорных поисках новых конструкций, основанных на точном применении законов механики, широко поставленном эксперименте и наблюдении, стремлении автоматизировать процесс. Леонардо создал многочисленные проекты «автоматического» оружия — самострелы, стрелометы, бомбометы, фугасы и даже прообраз танков — бронированных повозок, которые, прорывая строй противника, открывали путь пехоте. Леонардо интересует проблема энергетики. Он прекрасно понимал, что ручной труд, даже кооперированный, ограничивает возможности развития общественного хозяйства, что необходимо шире использовать силы природы (воды, ветра), искать новые источники энергии. И он создавал проекты новых водяных и ветряных установок, мечтал об использовании энергии солнца.
В миланский период (1482–1499 годы) Леонардо особенно много труда положил на разработку теоретической и прикладной механики. Как подлинный ученый-новатор, он никогда не замыкался в тиши кабинета или лаборатории, а немедленно испытывал свои открытия на практике. Формулируя основные законы механики — теорию скорости и закон инерции, изучая законы падения тел по наклонной и вертикальной плоскости, устанавливая законы тяжести, впервые создавая научное представление о сопротивлении материалов, он стремится все изученное и открытое им применить в конструировании новых машин. Ему первому принадлежит идея открытия свойства рычага — простейшей универсальной машины.
Внимательное изучение почв в различных местностях Италии вплотную подвело его к теории происхождения окаменелостей и представлению о развитии земли, о геологических пластах. Много времени и труда Леонардо отдал работам по физиологии растений, изучал явления гелиотропизма, влияния солнца, воды, почвы на их развитие. Он вплотную подошел к пониманию всеобщей связи живых организмов между собою.
Круг его изобретений почти необозрим. Человек практики, он внимательно и упорно изучал и работал над усовершенствованием орудий производства. Его занимали и вопросы военной техники, и строительства зданий и каналов. Характерно, что Леонардо, по его собственному признанию, часто советовался с простыми мастерами, ремесленниками, солдатами- артиллеристами. Как страстный музыкант, Леонардо работает над усовершенствованием лютни. Ярый враг «тайных наук»— астрологии, алхимии, хиромантии — он вынужден был втайне от зорких глаз сыщиков в рясах изучать законы природы. Он наблюдал за полетом птиц и конструировал летательные приборы, создав планер и парашют. Так же втайне он занимался вскрытием трупов, потому что это категорически было запрещено католической церковью.
Многосторонний ум Леонардо привлекали филологические работы. Учитывая, что почти все научные трактаты в это время писались на совершенно недоступном для большинства итальянцев латинском языке (сам Леонардо писал свои записи по-итальянски), Леонардо работает над составлением латинско-итальянского словаря и грамматики латинского языка. Еще больший интерес представляют его работы над составлением толкового словаря итальянского языка. Леонардо прекрасно, как никто из его современников, понимал чисто практическую необходимость дать широким кругам читателей объяснение новых слов и понятий, массами вливавшихся в итальянский язык в тот период огромного подъема науки- и искусства, создать единообразное понимание ряда терминов, определить для практического употребления наилучшие формы и варианты. С обычным для него усердием он собирал материалы (он собрал около 10 тысяч слов и оборотов) для такого словаря, но закончить его (как, впрочем, и многие другие начатые им работы) ему не удалось.
Невозможно перечислить все открытия и изобретения Леонардо, один список которых занял бы десятки страниц. Назовем лишь главнейшие, в которых он далеко опередил свой век. Он изучает и дает первую формулировку законам гидростатики, законам трения, дает определение центров тяжести тел, особенно пирамиды, приближается к понятию статического момента, принципа возможных перемещений. Он пишет о диффракции света, наблюдает явления капиллярности, предвосхищает закон сохранения энергии, отвергая возможность создания «вечного двигателя». Он создает огромное количество новых механических, физических и химических приборов и аппаратов — пропорциональный циркуль, анемометр, механический вертел и др. В области астрономии Леонардо одновременно, с Коперником, но независимо от него, приходит к утверждению гелиоцентрической системы мира, принципа бесчисленности миров, бесконечности пространства. Вызывая ярость церковников и схоластов, Леонардо писал, что земля «не находится ни в центре круга, солнца, ни в центре вселенной». Он уже приближался к мысли, что Солнце — такая же планета, как и Земля, и колебался лишь в вопросе о том, движется оно или нет.