Сергей Житомирский - Архимед
Числа Ипполита
№
Наименование расстояний (согласно тексту Ипполита)
Значения расстояний
Введенные обозначения
мириады (десятки тысяч) стадий
единицы стадий
1
От поверхности Земли до Луны
554
4130
a
2
От лунной до солнечной орбиты
5026
2069
b
3
От нее до орбиты Венеры
2027
2065
c
4
От нее до орбиты Меркурия
5081
7165
d
5
От нее до орбиты Марса
4054
1108
e
6
От нее до орбиты Юпитера
2027
5065
f
7
От нее до орбиты Сатурна
4037
2065
g
8
От нее до зодиака
2008
4009
h
9
Периметр зодиака
44731
i
10
От орбиты Сатурна до Земли
12160
4454
k
11
От Меркурия до Земли
5269
8259
l
12
От Венеры до Земли
5081
5160
m
13
Радиус Земли (дан без ссылки на Архимеда)
4
n
"Вторыми числами" в "Псаммите" Архимед называл мириады мириад, т.е. сотни миллионов. Это введенное им обозначение не прижилось, и поэтому упоминание "вторых чисел" подтверждает, что Ипполит привел данные, действительно принадлежащие Архимеду.
Наконец, в последней части отрывка приводятся архимедовы расстояния от трех планет до Земли: "От орбиты Сатурна до Земли, - как он говорит, будет вторых чисел одна единица 2160 мириад 4454 единицы стадий; от Меркурия до Земли 5268 мириад 8259 единиц; от Венеры до Земли 5081 мириада 5160 единиц".
Эти числа представляются как бы "лишними", так как их, казалось бы, можно вычислить из предыдущих. Но именно "избыточность" информации, заключенная в них, является, как мы увидим, решающей при анализе всей группы чисел.
Эти двенадцать чудом сохранившихся архимедовых чисел позволяют воссоздать хотя бы приблизительно облик "вселенной Архимеда".
В группе чисел, сохраненных Ипполитом, действительно удалось найти ряд математических соотношений.
Во-первых, некоторые из вычисленных Архимедом межпланетных расстояний кратны какому-то "модулю", равному 2027 мириадам стадий, который, по-видимому, является радиусом орбиты Меркурия. Так, расстояние "до орбиты Марса" (е = 4054) вдвое больше "модуля", а расстояние "от орбиты Сатурна до Земли" (k = 12160) равно "модулю", взятому 6 раз (с точностью до двух мириад стадий).
Во-вторых, совершенно определенно очерчивается граница мира - небо недвижных звезд. Расчеты радиуса этой сферы двумя разными путями дают один и тот же результат. Действительно, если к радиусу орбиты Сатурна (числу k = 12160) прибавить расстояние до зодиака (h = 2008), то получится 14168. Если же поделить на ? число i = 44731, считая его полупериметром зодиака, получится для радиуса сферы неподвижных звезд 14 180 мириад стадий, т.е. значение, близкое к первому.
Наконец, в-третьих, "модуль" (число с = 2027), расстояние от Земли до Солнца А и не совсем понятное расстояние от Меркурия до Земли (число l) подчиняются теореме Пифагора.
Расстояние от Земли до Солнца состоит из радиуса Земли (числа n = 4), расстояния от ее поверхности до орбиты Луны (числа a = 554) и расстояния от лунной до солнечной орбиты, которым, видимо, является число d = 5081. Сумма этих чисел составляет А = 5640 мириад стадий.
Легко видеть, что
Действительно,
Для числа l в тексте приведено значение 5269. Таким образом, несовпадение составляет всего 5 мириад стадий.
Итак, если из отрезков А, с и l сложить треугольник, то он окажется прямоугольным, а угол между сторонами А и l будет равен 21°, что близко к углу наибольшего видимого отклонения Меркурия от Солнца. Найденное соотношение несомненно представляет собой след вычисления Архимедом радиуса орбиты Меркурия.
Если считать планету обращающейся вокруг Солнца, то размер ее орбиты легко вычислить, воспользовавшись перпендикулярностью касательной и радиуса, проведенного из центра в точку касания (рис. 5). Действительно, луч зрения земного астронома, наблюдающего планету в момент ее наибольшего видимого удаления от Солнца, будет касательным к орбите. Зная расстояние от Земли до Солнца (катет) и угол между этим катетом и гипотенузой (его можно измерить), легко вычислить длину второго катета, который и будет искомым радиусом орбиты. Этот способ годится для определения радиусов орбит так называемых "нижних планет" - Меркурия и Венеры.
Рис. 5. Схема определения относительного радиуса орбиты планеты
Числа Ипполита дают возможность воссоздать облик "вселенной Архимеда" (рис. 6).
Рис. 6. Система мира Архимеда (указаны межпланетные расстояния в мириадах стадий). a = 554, d = 5081, A = 5640, c = 2027, h = 2007, n = 4
В ее середине находится Земля, вокруг нее обращаются Луна и Солнце. Орбиты трех ближайших планет - Меркурия, Венеры и Марса - очерчены вокруг него. Радиусы планетных орбит кратны между собой и относятся как 1:2:4. Интересно, что эти соотношения близко отражают действительность. По данным Архимеда, относительное (по сравнению с расстоянием от Земли до Солнца) значение радиуса орбиты Меркурия составляет 0,36 (в действительности 0,39, ошибка 8%), орбиты Венеры 0,72 (совпадает с действительным), Марса 1,44 (в действительности 1,52, ошибка 5%). Такое совпадение не может быть случайным, ясно, что радиусы орбит этих планет получены на основе наблюдений с высокой по тем временам точностью. (Правда, расчеты Архимеда, относящиеся к другим планетам, оказались неверными.) Таким образом, числа Ипполита свидетельствуют о наиболее раннем из известных науке определении межпланетных расстояний. Оно удалось Архимеду потому, что он исходил из удачной модели, считая орбиты этих планет гелиоцентрическими.
Интересной особенностью системы мира Архимеда является пересечение орбит Сатурна и Юпитера с орбитой Марса. Это построение, хотя и является неверным, помогает нам судить о физических представлениях ученого. Такое пересечение орбит совершенно исключает гипотезу цельных сфер, несущих небесные тела, и определенно говорит о том, что Архимед представлял себе планеты как отдельные тела, летящие в пространстве.
Небесный глобус Архимеда
Видевшие глобус отзывались о нем с восхищением. Сам Архимед, вероятно, высоко ценил это свое детище, так как написал об устройстве глобуса специальную книгу, которая, к сожалению, до нас не дошла. О небесном глобусе Архимеда мы можем судить только по сохранившимся упоминаниям.
Самое раннее упоминание о глобусе Архимеда относится к I в. до н.э.
В диалоге знаменитого римского оратора Цицерона "О государстве" разговор между участниками беседы заходит о солнечных затмениях, и один из них рассказывает: "Я вспоминаю, как я однажды вместе с Гаем Сульпицием Галлом, одним из самых ученых людей нашего отечества... был в гостях у Марка Марцелла... и Галл попросил его принести знаменитую "сферу", единственный трофей, которым прадед Марцелла пожелал украсить свой дом после взятия Сиракуз, города, полного сокровищ и чудес. Я часто слышал, как рассказывали об этой "сфере", которую считали шедевром Архимеда, и должен признаться, что на первый взгляд я не нашел в ней ничего особенного. Более красива и более известна в народе была другая сфера, созданная тем же Архимедом, которую тот же Марцелл отдал в храм Доблести. Но когда Галл начал с большим знанием дела объяснять нам устройство этого прибора, я пришел к заключению, что сицилиец обладал дарованием большим, чем то, каким может обладать человек. Ибо Галл сказал, что... сплошная сфера без пустот была изобретена давно... но, - сказал Галл, - такая сфера, на которой были бы представлены движения Солнца, Луны и пяти звезд, называемых... блуждающими, не могла быть создана в виде сплошного тела; изобретение Архимеда изумительно именно тем, что он придумал, каким образом при несходных движениях во время одного оборота сохранить неодинаковые и различные пути. Когда Галл приводил эту сферу в движение, происходило так, что на этом шаре из бронзы Луна сменяла Солнце в течение стольких же оборотов, во сколько дней она сменяла его на самом небе...".
В III в. н.э. о глобусе упоминает римский христианский писатель Лактанций. Воспользовавшись глобусом как материалом для риторического украшения, Лактанций достаточно много говорит о возможностях прибора: "Я вас спрашиваю, ведь мог же сицилиец Архимед воспроизвести облик и подобие мира в выпуклой округлости меди, где он так разместил и поставил Солнце и Луну, что они как будто совершали каждодневные неравные движения и воспроизводили небесные вращения; он мог не только показать восход и заход Солнца, рост и убывание Луны, но сделать так, чтобы при вращении этой сферической поверхности можно было видеть различные течения планет..."
Последнее упоминание о глобусе принадлежит римскому поэту V в. Клавдиану. Клавдиан воспел архимедов глобус в стихах незадолго до захвата Рима готами. Само появление такого стихотворения показывает, что в эпоху крушения империи, упадка наук и распространения мистицизма глобус Архимеда был для людей символом могущества человеческого разума. Тон стихотворения не оставляет сомнений в том, что Клавдиан видел архимедов глобус в действии (больше чем через 600 лет после его создания!):
