Помоги проекту - поделись книгой:
Однако вполне возможно, что степень безразличия, которое якобы выказывал Архимед к материальному миру, несколько преувеличена.
В то время среди геометров было немодным тратить время на изготовление машин любого вида. Греческий философ Платон (428-347 до н. э.) критиковал математиков Евдокса Книдского (408-355 до н. э.) и Архита Тарентского (430-360 до н. э.) за то, что они занимались постройкой разных механизмов, потому что считал унижением геометрии применять ее не к бесплотным умственным объектам, а к вещам осязаемого мира. Использовать геометрию по отношению к столь низким материям считалось грубостью, особенно изымать ее из сферы чистой философии с целью поставить на службу военному делу. Мы знаем из Плутарха, что Архимед не оставил ни одной записи о своих изобретениях, потому что сам полагал «сооружение машин занятием, не заслуживающим ни трудов, ни внимания; большинство их появилось на свет как бы попутно, в виде забав геометрии». А занимался он этим «лишь потому, что царь Гиерон из честолюбия убедил Архимеда хоть ненадолго отвлечь свое искусство от умозрений и, обратив его на вещи осязаемые и повседневные, таким образом сделать его более ясным и зримым для большинства людей[2 Перевод С. П. Маркиша.]». Страсть ученого к геометрии дошла до того, что он попросил своих близких выбить на его надгробном памятнике вместо эпитафии изображение одной из своих лучших задач. Плутарх об этом говорил так:
До нашего времени надгробие Архимеда не дошло, хотя в I веке до н. э. его еще можно было увидеть; об этом рассказывает римский писатель Цицерон (106-43 до н. э.) в «Тускуланских беседах»\
Возможно, мы никогда не узнаем, как проводил свои дни Архимед, была ли какая-то реальная основа у многочисленных исторических анекдотов о нем и каких мнений он придерживался о своих смертоносных изобретениях. Однако то, что историческая память о реальных событиях имеет свойство стираться, не всегда плохо. Когда история превращается в «истории», не стоит считать это исключительно ее недостатком — подчас такое явление предоставляет нам и новые возможности. Все помнят еще со времен начальной школы о том, что Архимед как безумный бегал по улицам Сиракуз с криками «Эврика! Эврика!», радуясь открытию того, что сейчас известно как «закон Архимеда». Совершенно невероятно, чтобы данный анекдот, рассказанный в I в. до н. э. римским архитектором Витрувием в его книге «Обархитектуре», был правдой. И все- таки он помогает нам запомнить что-то большее, чем просто забавную сценку; благодаря ему мы лучше представляем себе личность Архимеда и его вклад в науку. Многие помнят и то, что это открытие помогло решить вопрос о золотой короне тирана Гиерона II, к чему мы еще вернемся.
Эванджелиста Торричелли
Научное наследие Архимеда
Тексты Архимеда дошли до нас преимущественно не на том языке, на котором они были написаны (дорийский диалект древнегреческого языка). Их перевели на классический греческий язык, на его византийский вариант и на арабский. Кроме того, большинство работ сиракузского гения, судя по всему, не сохранились, и уж тем более невозможно говорить о собственноручных записях Архимеда. По большей части его труды были посвящены математике, но он занимался и математической физикой (статикой и гидростатикой), а также использовал математику для решения прикладных задач.
Первые комментарии к работам Архимеда принадлежат Герону (10-70), Паппу (290-350) и Теону (335-405) — все они были александрийскими математиками. И тем не менее первое собрание сочинений Архимеда было выпущено только в VI веке. Заслуга его издания принадлежит греческому математику Евтокию, известному своими важными комментариями к работам «О шаре и цилиндре», «Об измерении круга» и «О равновесии плоских фигур». В том же веке византийский архитектор Исидор Милетский выпустил в свет первое издание этих трех книг с комментариями Евтокия, к которым со временем добавлялись и другие работы по мере их обнаружения вплоть до IX века. С той поры сложилось два пути, по которым неизвестные труды Архимеда попадали на Запад: через Византию и из арабского мира.
Если говорить об арабском наследии, то известностью пользовались переводы трудов Архимеда с греческого, сделанные Сабитом ибн Куррой (836-901).
В греческом варианте сохранились следующие работы.
Кроме того, до нас дошли в арабском переводе и сделанных с него латинских переводах некоторые работы, пересказанные или цитированные другими авторами, а также такие, чье авторство ставится под сомнение.
На средневековом же Западе Архимед был неизвестен, пока фламандский переводчик Вильгельм из Мербеке (1215-1286) не опубликовал латинский перевод в 1269 году. Это и несколько последовавших за ним изданий привели к тому, что самые важные работы Архимеда в эпоху Возрождения на Западе уже были доступны. С другой стороны, трагическая смерть немецкого астронома Йоганна Мюллера (Региомонтана) в 1476 году оборвала работу по подготовке к изданию некоторых трудов Архимеда, которое должно было обеспечить их беспрецедентную для той эпохи распространенность. И все-таки долго ждать не пришлось, потому что в 1544 году в Базеле было напечатано первое издание всех известных на то время латинских и древнегреческих текстов под редакцией Томаса Венатория. Вот таким образом в течение XV — XVI веков книги Архимеда вышли в Европе на первый план и послужили в дальнейшем одной из основ научной революции. Это сделало Архимеда «отцом матфизики», какое положение он, по мнению многих историков науки, продолжает занимать и поныне.
Первые переводы Архимеда на новые языки были сделаны с базельского издания: немецкий перевод Штурма (1670), двойной греко-латинский перевод Торелли (1792), немецкий перевод Ницце (1824) и французский Пейрара (1807). В более близкие к нам времена важнейшей работой стала компиляция и перевод Гейберга. В конце XIX века он опубликовал перевод всего известного к тому времени наследия Архимеда, основываясь на издании греческого текста XV века. В 1906 году, как мы уже говорили, он открыл так называемый константинопольский палимпсест, где обнаружил различные тексты, среди которых и трактат «О методе». Другие сборники и переводы, упоминаемые в любом исследовании, — это английский перевод Хита и голландская, а также английская версии Дейкстерхейса. Последние широко распространены, так как неоднократно переиздавались и переводились на многие языки — эта информация может быть интересной тем, кто хотел бы серьезнее углубиться в труды сиракузского ученого.
Паоло Руффини, математик (1765—1822)
В текстах Архимеда можно сразу различить два стиля повествования: эпистолярный и научный. Мы уже упоминали о переписке ученого и о том, как благодаря ей стали известны некоторые подробности его жизни. Что же касается научного стиля, то его труды гораздо больше напоминают статьи, чем практически традиционные для того времени и в последующие века дидактические тексты. Здесь надо учитывать, что адресаты архимедовых трактатов были не учениками, а людьми с обширными знаниями в области геометрии — можно сказать, равные отправителю.
Таким образом, очевидно, что описание всех открытий и исследований Архимеда могло бы занять много томов.
В данной книге рассматриваются только некоторые из его достижений: одну главу мы посвятили работам в сфере математической физики, другую — его чисто математическим занятиям, а третью — изобретениям, которые приписываются Архимеду.
Константинопольский палимпсест
То, каким образом датский филолог Йохан Людвиг Гейберг (1854-1928) обнаружил сборник трудов Архимеда, достойно стать сценарием приключенческого фильма. Он слышал рассказы о средневековом палимпсесте, и в 1906 году после длительного расследования ему удалось его отыскать. Палимпсест — это документ, где более поздний текст нанесен поверх древнего, античного. В данном случае· речь идет о пергаментной книге из козьей шкуры, известной как Константинопольский палимпсест. По-видимому, некоторые православные монахи XIII века записывали свои богослужебные тексты на документах X века, и среди них было несколько трудов Архимеда и его письмо к Эратосфену К счастью, переписчик не уничтожил написанное ранее, а просто помыл пергамент, после чего записал на нем религиозные тексты. Гейберг провел большую работу с использованием фотографической техники: он переписал тексты Архимеда букву за буквой, распознал рисунки и расположил страницы так, как они были сшиты изначально. Палимпсест содержал семь трактатов: единственную на тот момент известную копию книги «О плавающих телах», а также «Метод механических теорем», «Стомахион», «О равновесии плоских фигур», «О спиралях», «Об измерении круга» и «О шаре и цилиндре».
Из всего найденного самым ценным являлся трактат «Метод механических теорем», или просто «Метод», который кардинально изменил сложившееся к тому времени мнение, что Архимед скрывал свои методологические инструменты. Более того, следует особо отметить тот факт, что «Метод» посвящен Эратосфену, о чем свидетельствует сохранившееся письмо. То есть Архимед желал поделиться своей методологией с тем, кого он считал самым блестящим математиком своего времени и, следовательно, со всем остальным современным ему научным сообществом.
В 1920 году палимпсест перешел в собственность частного лица, а в 1998 году был выставлен на аукцион. Хотя греческому правительству удалось собрать на его покупку почти 1,9 млн долларов, его приобрел неизвестный покупатель за 2,2 млн долларов. Анонимный коллекционер, известный как «мистер Б.», затем подарил палимпсест Художественному музею Уолтерса в Балтиморе, США.
ГЛАВА 2
Эврика!
Родоначальником европейской науки считается математик Фалес из Милета: он часто упоминается как первый из философов, о котором сохранились исторические свидетельства. Через несколько веков после него возникло само понятие физики, причем особую роль в этом сыграл Аристотель. И все-таки у истоков того, что в наше время понимается под «физикой», стоит величественная фигура Архимеда.
Именно он, в сущности, первым применил математические и геометрические принципы, чтобы объяснить строение материального мира.
Имя Архимеда вошло в популярную культуру в связи с его исследованиями законов плавучести тел и рычага. Несложно вспомнить закон Архимеда из-за известной истории про сиракузского тирана Гиерона II и сразу возникающей в уме картинки с нагим ученым, кричащим: «Эврика!» А закон рычага, в свою очередь, ассоциируется со знаменитым утверждением, приписываемым Архимеду: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!»
В этой главе мы не только поближе познакомимся с некоторыми научными принципами, но и узнаем, правдивы истории об Архимеде или они являются мифами. Интересно, что хотя Архимед и оставил серьезный след в физической науке, она не была главной сферой его исследований и областью интересов. А с его подходом к исследованиям — в целом таким же, какой господствует в современной физике, — и использованием математического аппарата он стал первым в истории матфизиком в точном смысле этого слова. Ученый открыл новый способ исследования природы, непохожий на спекулятивные рассуждения, но основанный на научном подходе. Греческий математический мир излишне переоценивал дедуктивный метод, и Архимед полностью отказался от такой системы работы. Сиракузский мудрец сумел применить в своих исследованиях индукцию, основанную на опыте, и совместить ее с дедукцией.
Именно он изобрел научный метод, базирующийся на этих принципах. Скажем, работа с рычагом привела его к математическим результатам, которые мы рассмотрим в следующей главе. И если первый физический закон, сформулированный в Древней Греции, касался числовых соотношений между длиной струны и высотой звука, то второй из задокументированных физических законов был открыт через 300 лет после первого, и это был как раз закон рычага Архимеда. Так что он был первым математиком, который привлек современную ему геометрию к изучению физических явлений. Проведенное им исследование основывалось на том, что сегодня бы назвали интуитивной физикой, то есть близкой экспериментатору, имеющей дело с повседневными явлениями жизни — тем, с чем любой из нас встречается каждый день. Он реализовал блестящую идею — использовать принцип ceteris paribus, что с латыни переводится как «при равенстве всех прочих обстоятельств». Иными словами, Архимед заметил, что для изучения любой физической величины надо сфокусироваться исключительно на этой самой величине, упростив условие задачи с помощью предположения, что остальные величины на нее не влияют, то есть допустить, что они представляют собой константы. Для реализации данного метода ученый впервые в истории воспользовался представлением физических объектов как математических: например, рычаг в таком представлении стал балкой, не имеющей массы, а физические тела — идеальными геометрическими фигурами. Ну и, наконец, он не только, как известно, проявлял интерес к рычагам и плавающим телам, но и написал книгу «Исчисление песчинок», в которой отразился его интерес к астрономии. Кроме того, среди трудов Архимеда была и полностью утерянная к нашему времени работа «Катоптрика», где он рассуждал о свете. Мы еще вернемся к ней в последней главе, когда речь пойдет о некоторых из изобретенных им механизмов.
Известно, что греческий философ Аристотель написал несколько книг, посвященных физике, и среди них особняком стоит та, которая собственно и называется «Физикой». Этот термин пришел к нам из древнегреческого языка и означает «природа», ведь физика изучает природные явления. И хотя Аристотель внес значительный вклад в другие области науки, однако именно в физике его деятельность не способствовала прогрессу; а так как в Средние века почтение к нему было столь высоко, что все его доводы воспринимались без всякой критики, то можно сказать, что его работа в данной области даже вызвала регресс. В целом это было действительно проблемой для научного сообщества вплоть до XV — XVI веков: никто не осмеливался оспаривать идеи философа из Стагиры. Ситуация стала меняться только во время научной революции, когда люди вроде Галилео Галилея выдвинули более соответствующую действительности концепцию движения; а другие, такие как Исаак Ньютон, собрав воедино результаты многих исследований, показали, что на небе и на Земле все подчиняется одним и тем же законам природы.
Кеплер (1571-1630), астроном и математик
У Архимеда можно было бы найти идеи, которые помогли бы справиться с влиянием аристотелевой физики, но он сам был на долгие века забыт. С легкой руки Аристотеля стали модными концепции тяжести и легкости: первое — это то, что испытывают тела, падающие на землю, а второе — плавающие в воздухе. Архимед же опроверг его теорию и ввел в своих работах понятие удельного веса, или плотности, важное для описания поведения плавающих тел. Согласно его концепции тело плавает, потому что его плотность меньше плотности среды.
В то же время он явно отказался от аристотелевской идеи, согласно которой пустоты не существует.
Из принципа плавания тел Архимеда можно было вывести, что плотные тела, имеющие больший объем при той же массе, содержат больше пустоты между составляющими их частицами. Это вполне согласовывалось с атомизмом Левкиппа и Демокрита, который существовал уже пару веков и послужил основой для многих абстрактных рассуждений. Но очевидная разница в том, что Архимед не оставил после себя ни одной строки, посвященной рискованным предположениям, напротив, он раз за разом использовал математику, чтобы доказать и поддержать свои утверждения, и это резко выделяет его из ряда греческих философов той поры.
Закон Архимеда и корона тирана Гиерона
Перед тем как поговорить о законе Архимеда, мы обратимся к истории, которую обычно вспоминают, когда речь заходит об этом открытии. После этого сформулируем данный закон. В конце мы приведем некоторые комментарии к трактату, где Архимед описал свои идеи о плавании тел.
Гиерон, тиран Сиракуз и родственник Архимеда, заказал некоему мастеру корону из золота, для покупки которого он выдал ему необходимую сумму. Однако, когда он получил заказанный головной убор, у него зародилось подозрение, что ювелир использовал не чистое золото, а его сплав с серебром, чтобы присвоить остаток. Именно тогда у тирана возникла счастливая мысль пригласить Архимеда, поделиться с ним подозрениями и выяснить, не могут ли его знания помочь разрешить эту проблему. Мудрец не ответил сразу, но пообещал подумать над задачей и попробовать найти способ ее решения. Однажды, принимая ванну в одной из городских бань, Архимед увидел, что при погружении в нее вода вылилась через край, и понял, как он может решить загадку короны. Радость его была такова, что он выскочил из ванны и побежал нагим по улицам Сиракуз, восклицая: «Эврика! Эврика!», что значило «Я нашел! Я нашел!» То, что он нашел, известно теперь как закон Архимеда. В результате ученый доказал, что ювелир пытался обмануть тирана. А в наши дни выражение «эврика» используется, когда говорится о внезапно найденном решении важной проблемы.
В действительности маловероятно, чтобы Архимед бегал по городу в таком виде, да еще крича, как безумный. И все- таки эта легенда, должно быть, основана на каких-то реальных фактах, ведь ее в деталях передают различные историографы. Самым ранним свидетельством мы обязаны римскому архитектору Витрувию, и здесь стоит привести наиболее важную его часть, взятую из трактата «Десять книг об архитектуре»:
Поделиться книгой: