ГЛАВА ДЕСЯТАЯ. Архимед в истории математики - Архимед - С. Я. Лурье - Исторические личности - Право на vuzlib.org
Главная

Разделы


История Киевской Руси
История Украины
Методология истории
Исторические художественные книги
История России
Церковная история
Древняя история
Восточная история
Исторические личности
История европейских стран
История США

  • Статьи

  • «все книги     «к разделу      «содержание      Глав: 14      Главы: <   7.  8.  9.  10.  11.  12.  13.  14.

    ГЛАВА ДЕСЯТАЯ. Архимед в истории математики

    Архимед — очень трудный автор. Таким он кажется нам, таким же он должен был казаться древним. Если Плутарх восхищается ясностью доказательств Архимеда, тем, что он ведет читателя к выводу «кратчайшим и наиболее прямым путем», то это, как мы говорили уже, свидетельствует лишь о том, что он, ничего не понимая в математике, никогда не читал Архимеда и рисует лишь образ идеального ученого. Даже Вьета (в XVI в.) счел нужным заметить, что он не сразу и с трудом разобрался в некоторых доказательствах Архимеда; автор «Анализа бесконечно малых» Буйо (Bouillaud), писавший в XVII в., признавался, что многих доказательств Архимеда он так и не понял; Такэ, писавший в том же веке, утверждал, что «Архимеда многие хвалят и восхищаются им, но лишь немногие читают и понимают»; Фонтенель в 1722 г. называл рассуждения Архимеда «длинными и трудными для понимания»; наконец, в XIX в. к этому приговору присоединился Либри, автор «Истории математических наук в Италии».

    То, что в наши дни мы можем с помощью научного аппарата читать Архимеда без больших затруднений, ничего не доказывает. Сочинения Архимеда в том виде, как они {232} дошли до нас в рукописях, не могут не представлять больших трудностей для чтения. Одни из этих трудностей существуют только для нас, другие — и для античного читателя. Нас прежде всего затрудняет «геометрическая алгебра» Архимеда, отсутствие удобной и привычной для нас алгебраической символики; к этому присоединяется еще то, что в ряде случаев Архимед получал свои решения атомистическим способом, а затем переводил каждый шаг этого решения на язык метода исчерпания. Поэтому за отсутствием руководящей нити нам чрезвычайно трудно следить за ходом мыслей автора. Нам необходимо все его выкладки переводить на язык нынешней алгебры; от этого решение становится не только более наглядным и компактным, но, применяя обозначения x, y для переменных, a, b, c... для постоянных, a1 и a2, b1 и b2 для симметричных величин, мы получаем возможность легче понять, к какой цели стремится Архимед. Однако такой перевод на язык алгебры не всегда достаточно легок и прост; поэтому издания, вроде издания Гэзса, где эта работа уже проделана, чрезвычайно облегчают понимание Архимеда.

    Другой ряд трудностей существовал и для античного читателя, привыкшего к геометрической алгебре и достаточно в ней вышколенного. Архимед был оригинальным гением; он никогда не занимался, подобно Евклиду и Аполлонию, пересказыванием и подытоживанием того, что было уже сделано другими. Он довольствуется краткими ссылками на свои или чужие сочинения: «Как это доказано в Началах», «Как это было доказано» и т. д., никогда точно не указывая, какое место своих или чужих сочинений он имеет в виду; если принять во внимание, что значительная часть этих произведений до нас не дошла (некоторые из них погибли уже в древности), то станет понятным, почему Архимеда подчас так трудно понять. Будучи гением и обращаясь в своих сочинениях к специалистам-математикам, Архимед предполагает и в читателе наличие такой же математической интуиции, как та, которой он сам обладал; поэтому он более элементарные звенья своей цепи умозаключений часто просто опускает, иногда даже позволяет себе ссылаться на простые теоремы, которые будут им доказаны только в дальнейшей части книги, и т. д. Это не могло не затруднять даже античного читателя-специа-{233}листа; поэтому комментирование и толкование Архимеда со вставкой недостающих звеньев на основании собственных догадок комментатора началось уже вскоре после его смерти. Так, например, предложение 4 книги II «О шаре и цилиндре» кончается словами: «анализ и синтез обеих задач будут даны в конце», но никакого анализа и синтеза мы в этой книге не находим. И вот целый ряд математиков (например, Дионисодор, живший вскоре после Архимеда, Диокл, живший во II—I вв. до н. э. и др.) предлагает свои восстановления недостающей части. Эта работа по дополнению и комментированию Архимеда была, наконец, на исходе античной истории, в VI в. н. э., подытожена Евтокием, комментарий которого обычно присоединяется к изданиям Архимеда. Тем не менее, этого комментария и этих заполнений лакун для нас все еще недостаточно, и ряд ученых нового времени, начиная с Мавролико и Коммандино, живших в XVI в., и кончая учеными XX в. Гейбергом, Гэзсом и вер-Экке, продолжают это дело дополнения и комментирования Архимеда.

    При помощи готовой алгебраической транскрипции и этих комментариев мы сравнительно легко разбираемся в наследии Архимеда. Совсем иным было бы наше положение при отсутствии этих пособий. Автор этой книги испытал это, когда ему пришлось переводить и комментировать «Геометрию неделимых» Кавальери, незаслуженно считающуюся исключительно темной и непонятной только потому, что она никогда не комментировалась и не переводилась. Книга эта написана совершенно в стиле Архимеда, но несравненно легче и проще его сочинений; тем не менее перевод и комментирование этой книги были сопряжены с огромной затратой труда и времени.

    Огромное большинство древних авторов не математиков, писавших об Архимеде и восхищавшихся им, сочинений его не читало, но знало от специалистов, что он величайший из когда-либо живших математиков; с другой стороны, им хорошо была известна его роль при осаде Сиракуз. Вокруг имени Архимеда быстро стал кристаллизоваться ряд легенд. Вероятно, значительная часть этих легенд носила патриотический и антиримский характер, но такие рассказы (за исключением приведенного на стр. 177) до нас не дошли по понятным причинам. {234} Когда забыли об Архимеде как о политическом деятеле, и о нем сохранилась лишь память как о математике и механике-чародее, правящим римским кругам имело смысл содействовать распространению этих легенд, придав им нужное римлянам направление. Эти легенды строились по обычным шаблонам: крайне рассеянный ученый, думающий все время только о вопросах своей науки и не видящий, что делается у него под носом, испытывающий отвращение ко всему практическому и далекий от политики, так как он заинтересован только в доказательстве правильности своих теоретических положений. Но этот чудак оказывается могущественнейшим из людей, ибо один гениальный ум сильнее тысяч рук. Против машин, открытых Архимедом, бессильны все полководцы.

    Для этой живущей своей жизнью и обрастающей все новыми и новыми фактами легенды характерно, что уничтожение вражеского флота при помощи машин казалось недостаточно красочным и чудесным. Рассказывали более поразительные вещи: как старичок Архимед, спокойно сидя на стуле и потихоньку вращая какую-то ручку, плавно передвигал по суше огромный пятиярусный корабль, наполненный людьми. В сочинении о нахождении удельного веса сплавов Архимед, можно думать, употребил встречающееся и в других сочинениях выражение: «Я нашел»; отсюда, по-видимому, вырастает анекдот о рассеянном ученом, который бежит совершенно голый по улице из бани с криками: «Я нашел! Я нашел!»

    Наконец, в своем сочинении «Катоптрика» Архимед говорил о зажигательных стеклах и зеркалах. Такие стекла и зеркала давно уже привлекали внимание афинского простонародья; уже в V в. в «Облаках» Аристофана Стрепсиад фантазирует, как он при помощи зажигательного стекла расплавит составленный против него и написанный на воске обвинительный акт. Ни современники Архимеда, ни люди, жившие в ближайшие века после него, ничего не знают о том, чтобы Архимед сжег римский флот при помощи зажигательных зеркал. Впервые о сожжении Архимедом римского флота мы читаем у Лукиана (II в. н. э.) и у Галена (III в.), но и здесь речь скорее всего идет еще не о зажигательных зеркалах, а о стрелах, обернутых в зажженную паклю, о «греческом огне». Однако Анфемий, {235} живший в VI в. н. э., говорит о сожжении Архимедом римского флота при помощи зажигательных зеркал как об общеизвестном факте; в дошедшем до нас отрывке из его сочинения «О парадоксах механики» он подробно рассуждает, каким путем Архимед мог этого достичь. Он считает, что Архимед не мог применить для этой цели вогнутое параболическое зеркало, так как его пришлось бы сделать необъятной величины, и приходит к выводу, что Архимед мог достигнуть удовлетворительного результата при помощи комбинации из 24 плоских зеркал. 1

    Любопытно, что особенно живучей и действенной оказалась эта легенда в новое время. Когда в 1548 г. Гонгава опубликовал латинский перевод с арабского перевода сочинения неизвестного античного автора «О зажигательном зеркале в форме вогнутой параболы», 2 в нем сразу же признали утраченное сочинение Архимеда. Оронт Финэ (Orontus Finaeus) написал в 1551 г. специальное исследование,1 посвященное этому вопросу, в котором присоединяется к выводам Анфемия. В 1632 г. этому же вопросу посвящает специальную работу знаменитый итальянский математик Кавальери 2. Исходя из приписанного Архимеду сочинения, он изучает чисто геометрически отражение света от параболических, эллиптических и гиперболических зеркал, критикует «Архимеда» и т. д. {236} Наконец, Кирхер в 1646 г. 3 и Бюффон в 1747 г. пытаются дать экспериментальную проверку «открытия Архимеда». Таким образом, легенда об Архимеде, как это ни удивительно, принесла обильные научные плоды.

    Перейдем теперь от легенды об Архимеде к оценке научной роли его сочинений. Архимед уже при жизни был признан великим ученым, классиком математической науки. Время Архимеда и Аполлония было кульминационным пунктом греческой геометрии; после них математика начинает быстро клониться к упадку. Монографии и специальные исследования заменяются «Началами», мы бы сказали, «университетскими учебниками», подытоживающими все, что было открыто отдельными великими математиками. Такими «университетскими учебниками» были «Начала» Евклида и «Конические сечения» Аполлония; в этих книгах было очень немного своего, но в них отчетливо и вразумительно систематизировались достижения математической науки. Математики первых поколений после Архимеда, если не сделали выдающихся открытий, то во всяком случае были достаточно интеллигентными и компетентными, чтобы читать в оригиналах сочинения великих математиков и разбираться в них; таков был, например, живший в I веке до н. э. Гемин. Ученые следующих поколений обычно уже довольствуются изучением «Начал», преимущественно только для прикладных целей. В ту эпоху появляются учебники гораздо более низкого ранга, чем книги Евклида и Аполлония. Это, например, работы жившего около начала н. э. Герона; его книги носят прикладной характер и обходятся подчас без строгих доказательств. Иногда решения изложены у него по египетскому образцу в форме рецептов, без всяких доказательств. Единственным крупным самостоятельным математическим мыслителем этого времени (я не касаюсь здесь Птолемея и его предшественников-астрономов) был живший в III в. н. э. Папп; написанная им «Математическая энциклопедия» («Collectiones») — довольно беспорядочное сочинение, являющееся и хрестоматией по математике и курсом истории математики,— все же она содержит ряд новых и оригинальных открытий. {237}

    Однако есть монографические работы, знакомство с которыми не только Папп, но и все авторы эпохи упадка считают для себя безусловно обязательным наряду со знанием курсов Евклида и Аполлония; это — сочинения Архимеда. Несомненно, арабские математики только повторяют мнение математиков поздней античности, когда замечают: «Безусловно необходимо изучать все работы замечательного Архимеда, даже самые незначительные» (аль-Ялиль ас-Сийзи, Х в. н. э.). Пусть эти поздние авторы не всегда понимают Архимеда (так Герон, как мы видели, стр. 93 и сл., смешивал равенство моментов с равенством масс и тем свел к нулю все учение Архимеда об опорах), но основательное знакомство с ним, как с классиком математики, они считают для себя обязательным и сплошь и рядом списывают его доказательства даже в тех случаях, когда не называют его имени (например, в случае «теоремы Герона» для определения площади треугольника по трем сторонам).

    После Паппа греческая математика быстро вырождается. Римляне вообще не имели вкуса к теоретическим наукам; в их руках геометрия превращается в прикладную геодезию, довольствующуюся приблизительными результатами.4 По справедливому замечанию вер-Экке, им нынешняя математика не обязана решительно ничем. В V в. н. э. в Восточной империи, в связи с последней вспышкой «языческой» мудрости вообще, наблюдался и последний поздний расцвет математической науки. В Афинах открывается математическая школа, руководимая Проклом, комментатором Евклида; Евтокий пишет замечательный для своего времени комментарий к Архимеду, о котором мы говорили уже выше. В 529 г. эта школа была закрыта императором Юстинианом как «языческая мерзость». Однако уже в 531 г. пришлось прибегнуть к помощи «языческих» математиков: сгорел собор св. Софии, и его пришлось отстраивать. Его строители, Анфемий из Тралл и Исидор Милетский, были для своего времени выдающимися математиками и тщательно изучали Архимеда; с трактатом {238} Анфемия о зеркалах мы познакомились уже выше. В дальнейшем упадок математической науки быстро прогрессирует; некоторые рукописи Архимеда по традиции продолжают переписываться в монастырях, но содержание их уже никому не понятно. Значительная часть сочинений Архимеда в это время в европейских государствах погибла.

    В то время как в странах греко-римской культуры математика находилась в состоянии глубочайшего падения и застоя, с IX в. начинается новый ее расцвет в центрах арабской культуры. 1 Экономические потребности этих больших мировых торговых центров и полное отсутствие всяких философских и церковных запретов оказали особенно благотворное влияние на возрождение греческой науки и ее дальнейшее развитие у арабов. Здесь переводятся и изучаются творения классиков греческой науки, давно забытые на их родине. Одно из первых мест и здесь принадлежит Архимеду. Уже около 900 г. Ишак Ибн Хунан, сын и ученик известного арабского математика Хунана Ибн Ишак, под наблюдением отца перевел на арабский язык сочинение Архимеда «О шаре и цилиндре», ставшее у арабов особенно популярным. Примерно в то же время Табит Ибн Куррах из Багдада (836—901) перевел «Измерение круга» и ряд других сочинений Архимеда; известный арабский математик Альмохтассо абиль Хасан снабдил их своими комментариями. В это собрание вошли и «Леммы», греческий подлинник которых не сохранился; впоследствии, в 1657 и 1661 гг., эти «Леммы» будут переведены 2 с арабского на латинский язык, и этот арабский текст останется единственным источником для ознакомления с содержащимися здесь теоремами, открытыми Архимедом. {239}

    Табит ибн Куррах перевел с греческого также небольшое сочинение Архимеда «О семиугольнике», неоднократно упоминающееся и у позднейших арабских авторов. По его сообщению, рукопись этого сочинения дошла до него в крайне плохом состоянии: она была испещрена бессмысленными описками, теоремы и чертежи были перепутаны. Поэтому, как он замечает, восстановление и перевод рукописи доставили ему очень много труда; как мы говорили выше, можно полагать, что он выполнил свою задачу не вполне безукоризненно.

    До сих пор греческая рукопись сочинения «О семиугольнике» не найдена; перевод Табита остается нашим единственным источником. Этот перевод стал впервые известен только в 1927 г. в немецком переводе Шоя (Schoy). Тот же Шой опубликовал в 1926 г. сочинение аль-Ялиль ас-Сийзи (951—1024), давшего критический разбор этого решения Архимеда и предложившего свое, лучшее решение (стр. 208).

    Вышедшее в Х в. исследование аль-Кухи, посвященное сочинению Архимеда «О шаре и цилиндре», показывает глубокое проникновение автора в творчество Архимеда. Он решает здесь три задачи: 1) построить шаровой сегмент, подобный одному данному шаровому сегменту, и равновеликий другому данному шаровому сегменту; 2) построить шаровой сегмент, подобный одному данному шаровому сегменту и имеющий поверхность, равную поверхности другого данного сегмента, и 3) построить шаровой сегмент, равновеликий одному данному сегменту и имеющий поверхность, равную поверхности другого данного сегмента. Первые две задачи представляют собой 5 и 6 предложения II книги «О шаре и цилиндре»; третья, наиболее сложная, выдумана самим аль-Кухи. Он решает ее совсем в духе греческой науки — нахождением точки пересечения двух «объемных мест», равносторонней гиперболы и параболы.

    Живший в XI в. аль-Махани посвятил свою работу разобранному нами выше (стр. 131 и сл.) предложению 4 той же книги (разделить шар плоскостью так, чтобы образующиеся шаровые сегменты имели между собой данное отношение). Как мы видели, при решении этой задачи получается кубическое уравнение; аль-Махани приводит его {240} к «каноническому»

    Таблица 13. Архимед. Один из античных бюстов,

    считавшихся изображением Архимеда

    виду x3+ax2+bx=c, но найти корни этого уравнения ему не удается.

    Аль-Бируни посвятил свое сочинение («Книга нахождения хорд в круге») ряду различных задач, частично близких к задачам, содержащимся в извлеченных из Архимеда «леммах». Здесь же приведена, как архимедова, задача нахождения площади треугольника по трем сторонам, которую прежде ошибочно считали впервые решенной Героном.

    Но, быть может, наиболее замечательным арабским ученым с интересующих нас точек зрения был живший в Египте около 1000 г. Ибн-аль-Хайтам. Из его работ мы видим, что арабы не только полностью усвоили наследие греческих математиков, в частности Архимеда, но и выбрали из них и развили все то, что могло быть полезным для их учения о бесконечно малых и для алгебраической символики, т. е. для тех математических областей, зачатки которых арабы получили не от греков, а от индусов. У Ибн-аль-Хайтама мы находим наряду с развитой алгебраической символикой и своеобразные инфинитезимальные процедуры. Если Архимед суммировал ряд 12+22+32..., то этот ученый суммирует уже ряд 14+24+34 ... Хотя сочинение Архимеда «О коноидах и сфероидах» было арабам недоступно, Ибн-аль-Хайтам нашел объем параболоида вращения (иным способом, чем Архимед). Он же правильно нашел объем тела, получающегося от вращения сегмента параболы вокруг стягивающей его хорды: это — знаменитое «параболическое веретено»; честь открытия его объема обычно неправильно приписывается Кеплеру. Ибн-аль-Хайтам написал и исследования о квадратуре круга (нахождение π), базирующиеся на архимедовом «Измерении круга».

    В то время как арабские ученые сделали так много для сохранения наследия Архимеда1 и дальнейшей работы в предуказанном им направлении, европейская математическая наука, как мы говорили, находилась еще в та-{241}ком детски беспомощном состоянии, что здесь не могло быть и речи не только о дальнейшем развитии идей Архимеда, но и о простом понимании того, что он написал. Архимед для людей этого времени — это полусказочный чародей-математик древности, почти нарицательное имя, которому готовы были приписать любую математическую головоломку. О нем знают главным образом от арабов; это можно заключить из того, что имя его в XIII—XIV вв. часто цитируется в характерном для арабов искаженном виде — Archimenides. Так, в рукописях Иордана Неморария (около 1220 г.) фигурирует сочинение «Archimenidis de curvis superficiebus», несомненно переведенное с арабского и ничего общего с настоящим Архимедом не имеющее. Точно так же английский математик Фома Брадвардин, выпустивший в свет около 1325 г. сочинение об изопериметрических фигурах, ссылается на того же Archimenides; однако, здесь без всяких собственных добавлений излагаются результаты исследования Зенодора на ту же тему, а та задача на изопериметрические фигуры (полушар — самый большой из шаровых сегментов), которую разбирал Архимед, здесь как раз отсутствует. В самом деле, чего можно ожидать от математиков этого времени, если они (как, например, Боэций) определяли площадь треугольника как произведение половины основания на боковую сторону?

    Таблица 14. Фронтиспис одного из ранних изданий

    Архимеда

    Разумеется, это не исключало того, что отдельные питомцы арабов обнаруживали познания в античной математике. Так, одиноко стоит доминиканский монах Вильгельм Мербеке, живший при папском дворе в Витербо и уже в 1269 г. опубликовавший первый перевод Архимеда с греческого на латинский (греческий язык тогда знали на западе лишь несколько человек, тогда как латынь была языком всей науки того времени). Перевод этот, пропавший в XVI в. и снова найденный В. Розе в Ватикане в 1884 г., был сделан поспешно. Мербеке переводит слово за словом, не вдумываясь в смысл, и в ряде случаев, несомненно, не понял греческого текста; тем не менее такой перевод мог сделать только человек, более или менее разбирающийся в античной математике. Отзыв знаменитого Роджера Бэкона («Этот Вильгельм не знает ничего порядочного ни в науках, ни в языках») вряд ли был беспристрастным. {242}

    Но это не исключение. Из сочинений итальянского математика Николая Кузанского, сделавшего в середине XIV в. латинский перевод сочинения Архимеда «Об измерении круга», мы узнаем, что до него среди математиков господствовало убеждение, что Архимедом была найдена точная величина π, равная 31/71. Г. Пейербах (1423—1461) и его ученик Региомонтан (И. Мюллер из Кенигсберга, 1468) знают уже и архимедово и индийское значение для π и понимают, что обе величины — лишь приближения. Региомонтан пользовался уже новым переводом Архимеда, сделанным в 1447 г. Яковом Кремонским по поручению папы Николая I, и собственноручно сделал с него копию, причем исправил ряд ошибок и внес в нее разночтения из другой греческой рукописи. Тем не менее в своей вводной лекции об арабском астрономе Альфрагане, читанной им в 1461 г. в Падуе, он утверждает, будто Архимед, доказав, что подкасательная спирали равна длине соответствующей дуги, тем самым нашел точное решение задачи о длине окружности, т. е. дал точное значение π.

    В связи с этим поучительна следующая особенность математики XV и XVI вв.: когда в связи с новыми общественными потребностями начинается быстрый расцвет техники, механики и гидростатики, а следовательно, и математики, путь Архимеда оказывается для ученых этого времени слишком трудным; они идут своими более примитивными путями, а из Архимеда выхватывают только готовые результаты или наиболее простые и понятные решения. Так, не без основания полагают, что Леонардо да Винчи, найдя (в 1482—1487 гг.) центр тяжести пирамиды, исходил из соответствующего готового результата у Архимеда, хотя и не заимствовал его доказательства.

    Однако спрос на переводы Архимеда все время растет. В конце XV в. в Англии появляется первый печатный текст Архимеда, что всего удивительнее, без латинского перевода; это — английское издание «Псаммита» без указания автора и года; в 1501 г. Георг Валла в своем сочинении «De expetendis et fugiendis rebus», вышедшем в {243} Венеции, дает перевод принадлежавшей ему рукописи Архимеда; в 1503 г. появляется первое печатное издание старого латинского перевода «Квадратуры параболы» и «Измерения круга», сделанного Мербеке; издал его математик и астролог Люкас Гаурикус (Lucas Gauricus); перевод этот остался почти неизвестным и влияния на современную науку не оказал. Только в 1544 г. в Базеле вышел перевод Архимеда, сделанный Т. Гешофом (Gechauff), сразу получивший широкий резонанс среди математиков и открывший новую эпоху в науке. Это было первое печатное издание всего греческого текста Архимеда с комментарием Евтокия и латинским переводом.

    За издание перевода Архимеда взялся также почти одновременно с Гешофом такой крупный и оригинальный математик, как Николай Тарталья. Перевод его вышел в 1543 г. в Венеции. Тарталья перепечатал указанное выше издание Гаурикуса, присоединив к нему еще перевод сочинений «О равновесии плоских тел» и «О плавающих телах». К сожалению, из ложного тщеславия он указал, будто перевод был сделан им самим по найденной им полуистлевшей и трудно читаемой греческой рукописи; в действительности он только списал старый перевод Мербеке.

    Ввиду все растущей популярности Архимеда Тарталья в 1551 г. выпустил в Венеции еще и итальянский перевод сочинения «О плавающих телах». Этот первый перевод Архимеда на «lingua volgare» показывает, насколько расширился круг читателей сочинений Архимеда, особенно тех сочинений, чтение которых не требует большой математической подготовки.

    Такими работами были прежде всего как раз сочинения «О равновесии плоских тел» и «О плавающих телах», впервые напечатанные Тарталья. Больше всего над ними поработали два наиболее прославившиеся издателя античных математиков — Мавролико и Коммандино. В 1576 г. вышли «Opuscula mathematica» Мавролико (его латинский перевод Архимеда вышел в свет только через 80 лет после его смерти, в 1685 г., в Палермо). Насколько компетентен был Мавролико в вопросах, разбираемых в указанных сочинениях Архимеда, видно из того, что утраченное в рукописях архимедово доказательство теоремы: центр тяжести параболоида вращения лежит на трети вы-{244}соты, считая от основания, он дополнил сам; кроме того, к своему переводу Архимеда он приложил собственное исследование «О центре тяжести на основе Архимеда». К двум архимедовым книгам «О равновесии плоских фигур» (в его переводе это сочинение разделено на три книги) он от себя добавил четвертую: «О равновесии тел» — первое исследование, посвященное этому вопросу в новое время. Мы убеждаемся в этом сочинении, что Мавролико не только мастерски овладел архимедовым принципом исчерпания, но и мастерски творил в этом же направлении: подобно тому как Архимед вписывал в круг все уменьшающиеся треугольники, построенные на сторонах многоугольника, он вписывал в шар все уменьшающиеся тетраэдры. Современники дали даже Мавролико прозвище «второй Архимед».

    Еще более известен как переводчик и комментатор Архимеда Коммандино. В 1558 г. он издал в Венеции перевод сочинений Архимеда «Об измерении круга», «О спиралях», «О квадратуре параболы», «О коноидах и сфероидах», «Псаммит», с обширными комментариями. В 1565 г. он издал в Болонье перевод сочинений «О плавающих телах» и «О равновесии плоских фигур», также с комментариями; он также добавляет от себя «Книгу о центре тяжести тел». В духе нового времени он уже отступает от Архимеда; он обходится без доказательства от противного, довольствуясь рассуждениями по аналогии. Любопытно следующее. В переводе сочинения «О плавающих телах», сделанном Мербеке, отсутствовало доказательство теоремы: если круговой сегмент плавает в воде, то он примет такое положение, что ось его совпадет с радиусом Земли. Коммандино добавил от себя это доказательство. Когда в 1906 г. был найден греческий текст этого сочинения (см. стр. 143), оказалось, что восстановление Коммандино точно совпало с текстом теоремы Архимеда,— настолько он проникся мыслями Архимеда.

    Эти же работы Архимеда привлекали к себе главное внимание ученых и в конце XVI в. Так, в 1586 г. голландец Симон Стэвин выпустил свои «Начала гидростатики», которые всецело базировались на прекрасно усвоенном им труде Архимеда и являлись его продолжением. Он точно копирует схему архимедова сочинения «О плавающих {245} телах» с его определениями и постулатами, из которых логически выводится все дальнейшее. Он развивает учение о плавающих телах в духе Архимеда. Так, например, в дополнение к выводам Архимеда он показал, что давление на круглую пластинку, погруженную в воду и расположенную не параллельно ее поверхности, равно весу водяного усеченного цилиндра, причем центр давления на нее лежит на пересечении ее поверхности с перпендикуляром, опущенным на нее из центра тяжести цилиндра.

    Однако в ряде мест это сочинение уже заострено против Архимеда. Не называя Архимеда по имени, автор ведет полемику с его формально риторичной и непрактичной схемой. Архимед, как мы видели (стр. 185), доказывал, что поверхность воды должна иметь форму сферы. По этому поводу Стэвин в постулате VI замечает: «Известно, что поверхность воды имеет форму сферы... Но принятие соответствующего положения чрезвычайно затруднило бы последующие доказательства, не давая никакой практической выгоды. В целях упрощения, мы принимаем поэтому, что поверхность воды — плоскость». Архимед утверждал, что давление жидкости, находящейся в покое, во всех точках одинаковое; в противном случае жидкость перемещалась бы из участков с большим давлением в участки с меньшим, пока не достигла бы состояния покоя. С точки зрения Стэвина самое допущение того, что жидкость раньше или позже должна прийти в состояние покоя, вовсе не является само собой подразумевающимся; поэтому он прибавляет дополнительный постулат: «вечное движение», perpetuum mobile, невозможно. Наконец, в виде поправки к рассуждениям Архимеда он вводит такой фактор, как вес воздуха.

    Характерно также упрощение, внесенное им в архимедов метод исчерпания. Как впоследствии Ньютон, он раз навсегда постулирует: «Величины, разность между которыми меньше любой заданной величины, равны между собой».

    Большой интерес привлекают к себе в эту эпоху и «зажигательные зеркала», открытие которых по традиции приписывалось Архимеду. Оронт Финэ (Orontus Finaeus) выпустил специальную книгу, посвященную этому во-{246}просу (см. стр. 236, примечание), в котором присоединяется к выводам Анфемия (см. стр. 235); это — тот самый Финэ, который, как и знаменитый филолог И. Скалигер (J. Scaliger, Nova Cyclometria, Лейден, 1592), считал возможным найти точное значение π.

    Начало серьезной и углубленной работе над математическими сочинениями Архимеда положил великий основатель нынешней алгебры Вьета. Мы уже указали на те чрезвычайные трудности, с которыми должны были на первых порах встретиться ученые, оторвавшиеся от античной школьной традиции, особенно в тех случаях, когда Архимед находил доказательство по атомистическому методу, а затем перелицовывал его на апагогическое; в этом случае смысл и цель доказательства совершенно ускользают от читателя, не говоря уже о том, что и вообще геометрическая алгебра древних не наглядна и весьма трудна для восприятия. Вьета решил изучить метод или «канон» доказательства таких теорем и выделил доказательства, найденные по методу геометрической алгебры, в особый курс «Effectionum geometricarum canonica recensio», вышедший в 1593 г. Уже выше (стр. 102) мы отметили особые трудности архимедова доказательства теоремы о равенстве подкасательной и соответствующей дуги спирали. Вьета вначале так и не мог разобраться в нем и считал парадоксальный на вид вывод Архимеда о равенстве кривой и прямой линии неверным и основанным на логической ошибке. Но впоследствии он выпустил особое сочинение «О спиралях», в котором признается в сделанном им промахе и восхищается доказательством Архимеда. Прямым последователем Архимеда был Вьета и в применении νεΰσις для решения уравнений 3-й степени и задачи трисекции угла, а также в определении величины π, которую он не только нашел с значительно большей точностью, чем Архимед, но и впервые представил в виде бесконечного ряда; 1 он нашел π с точностью до 9 знаков. Еще большей точности достиг его современник ван-Румен (van Roomen, Adrianus Romanus). В ответ на попытку И. Скалигера най-{247}ти точную2 величину π он выпускает свою «Апологию Архимеда против Скалигера», где дает греческий текст сочинения Архимеда «Об измерении круга», латинский перевод, комментарий и десять диалогов, в которых по всем правилам схоластики доказывает невозможность найти точное значение π. В другой книге, в сочинении «Метод многоугольников» («Methodus polygonorum»), вышедшей в Лувене в 1593 г., ван-Румен дает значение π с 15 десятичными знаками, вычисленное по методу Архимеда.

    С начала XVII в. внимание ученых привлекает к себе преимущественно другая группа произведений Архимеда. В связи с практическими потребностями выдвигаются на первый план проблемы измерения площадей и объемов. Трудно судить, прав ли Ольшки, утверждающий, что атомистические методы решения таких задач сохранились в устной традиции техников и архитекторов; скорее, ученые XVII в. либо получили эти решения в наследство от арабов, либо пришли к ним самостоятельно, расшифровывая непонятные им решения, содержащиеся у Архимеда. Впрочем, нельзя забывать, что архимедов «Эфод» был до 1906 г. не известен, а во всех прочих сочинениях Архимеда атомистический метод завуалирован и переработан в апагогические доказательства.

    Для ученых XVII в. открывалось несколько путей: 1) считать, что Архимед знал атомистический метод, но скрывал его от читателя; 2) считать, что апагогический метод Архимеда при всей его точности является недостаточно наглядным и убедительным и что он поэтому нуждается в замене новым; 3) поступать так, как поступали со священным писанием, т. е. придавать аргументации Архимеда тот смысл, которого она не имела, истолковывая ее в смысле метода неделимых.

    По этому последнему пути пошел Кеплер. Его вышедшая в 1615 г. «Стереометрия винных бочек» преследовала, как видно из заглавия, практическую цель. Первую часть ее Кеплер озаглавил «Архимедова стереометрия». Он дает здесь ряд теорем из сочинений Архимеда «О шаре и цилиндре», но в чрезвычайно упрощенной трактовке. Он {248} признает (стр. 114 русск. пер.), что Архимед пользовался методом косвенного доказательства, но, по мнению Кеплера, понимать Архимеда надо так: окружность как бы (velut) состоит из стольких частиц, сколько в ней точек, т. е. из бесконечного числа частиц. Если соединить концы каждой, такой частицы с центром, получим ряд треугольников с вершинами в центре и т. д. Тела представляют собой «ставшие телом плоскости» (plana corporata, т. е. совокупности ряда наложенных друг на друга плоскостей: цилиндр — кругов, правильный параллелепипед — квадратов). Поэтому объем цилиндра относится к объему вписанного в него параллелепипеда, как площади их оснований. Одним словом, метод исчерпания всюду отбрасывается и заменяется бесконечно малыми.

    Разумеется, такое толкование в стиле «гармонических» толкований священного писания — прямое насилие над Архимедом, и Александр Андерсон был прав, когда в 1616 г. в сочинении «Иск об освобождении Архимеда» («Vindiciae Archimedis») заявлял, что Кеплер фальсифицирует Архимеда. Однако Кеплер, игнорируя метод доказательства Архимеда, угадал его евристический метод; поэтому в «Supplementa ad Archimedem» ему удается найти объем ряда тел, не рассмотренных Архимедом, по большей части вполне правильно.

    Тем же духом пропитано издание Архимеда, сделанное Давидом Рево (Davidus Rivaltua) и вышедшее в 1615 г. в Париже «с новыми доказательствами и комментариями» (novis demonstrationibus commentariisque illustrata). Здесь даны полностью только тезы теорем, а доказательства сокращены и упрощены. Необходимо отметить, что, как видно из ссылок в «Геометрии неделимых»1 , именно этим текстом Архимеда пользовался знаменитый математик Бонавентура Кавальери (1590—1647).

    Вряд ли можно назвать еще какого-нибудь ученого, который знал бы Архимеда так глубоко и основательно, как Кавальери. Еще в молодости Кавальери изучил, наряду с Аполлонием, Паппом и Птолемеем, также и Архимеда. Об этом свидетельствует такой компетентный судья, как Галилей, называющий его в своих письмах {249} «новым Архимедом» и «соперником Архимеда». Изучая последовательно все наследие Архимеда, Кавальери дополняет недостающие доказательства, старается заменить доказательства Архимеда более простыми. Работая над «Шаром и цилиндром», он придумывает новые доказательства для нахождения объема конуса, столь же строгие, как у Архимеда, но более простые; работая над «Сфероидами и коноидами», он находит объем нового тела, tympanum hyperbolicum, эллиптического гиперболоида, неизвестного Архимеду. Он нашел также более простой вывод квадратуры параболы, а, работая над спиралями, он, по его собственным словам, «пошел значительно дальше Архимеда», не только найдя новым путем квадратуру спирали, но и открыв ряд новых теорем. Вслед за Архимедом он применяет законы статики к решению геометрических задач, но при этом исходит не только из тел с равномерно распределенной материей, но и постулирует тела, удельный вес которых изменяется по некоторому определенному закону. Изучая вслед за Архимедом гидростатику, он, подобно Архимеду, конструирует новую машину «гидраконтистерий» и пишет два исследования по гидравлике. Наконец, отправляясь от приписывавшегося Архимеду исследования о зажигательных зеркалах, он изучает фокусные свойства конических сечений.

    Но, конечно, важнее всего этого «Геометрия неделимых», дающая новые принципы интегрирования на основе работ Архимеда. Останавливаться сколько-нибудь подробно на развитии учения о квадратурах у Кавальери и его преемников мы здесь, разумеется, не можем; для этого пришлось бы написать целую книгу 2. Здесь отметим только, что Кавальери, в противоположность своим предшественникам и преемникам, прекрасно понимал, что метод исчерпания давал абсолютно доказанные и чуждые противоречий результаты, чего ему самому с его методом неделимых так и не удалось достичь. Но, с другой стороны, Кавальери очень резко ощущал, что метод Архимеда не-{250}плодотворен, искусственен, не нагляден и поэтому не отличается непосредственной убедительностью; Кавальери стремился всюду, где это возможно, заменить доказательства Архимеда прямыми доказательствами, а когда в одном случае (при определении объема пирамиды) ему не удалось это сделать, он ощущал это как большой недостаток своей системы. Тем не менее, понимая, что его метод недостаточно убедителен, он находит нужным присоединить в последней книге своей «Геометрии» еще доказательства своих теорем more Archimedeo. К сожалению, для Кавальери еще был недоступен «Эфод» Архимеда, из которого он мог бы убедиться, что и сам Архимед находил свои решения при помощи атомистического метода, считая его более наглядным и плодотворным.

    Очень большое влияние оказал Архимед и на математическое творчество двух современников Кавальери — голландца Гюйгенса (1654) и англичанина Броункера. Как мы говорили выше, Архимед находил квадратуру параболического сегмента, вписывая в него многоугольную прямолинейную фигуру и последовательно удваивая число ее сторон. Он показывал, что каждая новая прибавка к площади этой многоугольной фигуры меньше 1/4 предыдущей и таким образом получал как верхний предел для площади параболического сегмента

    1/4 + (1/4)2 + (1/4)3 +...

    Гюйгенс применил этот же прием для нахождения площади кругового сегмента. Он доказывает теоремы: разность между площадью (resp. длиной окружности) круга и площадью (resp. периметром) вписанного правильного 2n-угольника больше 1/3 разности между площадями (resp. периметрами) вписанных правильных 2n-угольника и n-угольника; разность между площадью круга и 2/3 площади описанного правильного многоугольника больше 1/3 площади вписанного правильного одноименного многоугольника и т. д. Этим путем Гюйгенс получил для π ряд, {251} сходящийся гораздо быстрее, чем у Архимеда (уже для 60-угольника он нашел таким путем 9 точных знаков!). Броункер применил этот же архимедов прием для нахождения квадратуры гиперболического сегмента. Однако Гюйгенс и Броункер были последними преемниками Архимеда в этом вопросе: «Со времени Уоллиса вместо способа вписанных и описанных многоугольников основной задачей стало разыскание аналитических выражений для отношения длины окружности к диаметру, вследствие чего старые архимедовы методы были забракованы» (Рудио).

    Гюйгенс (как, впрочем, и Паскаль) унаследовал у Архимеда также и статический метод интегрирования (при помощи нахождения центра тяжести) и теорему о свойстве подкасательной спирали.

    Гюйгенс, Стэвин, Торичелли, Ферма, Паскаль и др. были, таким образом, продолжателями Архимеда. Тем не менее результатом выхода в свет книги Кавальери и сочинений этих его современников было то, чего сам Кавальери меньше всего мог бы ожидать: сочинения Архимеда постепенно перестают изучать как основное руководство для усовершенствования в математике и механике, в нем все более и более становятся склонны видеть почтенную реликвию. Математики этого нового времени жадно стремятся расширить рамки геометрии, обогатив ее новыми истинами; стоит ли возиться с кропотливыми доказательствами исчерпанием, когда все может быть доказано так просто по методу неделимых? Архимед становится символом реакции в математике; книга Кавальери становится знаменем, вокруг которого группируются все те, кто тяготился громоздкостью процедуры исчерпания. «Долой Архимеда, да здравствует Кавальери!» становится боевым кличем математиков этой эпохи. Так, друг и современник Кавальери Торичелли замечал: «Метод Кавальери является действительно научным способом доказательства, потому что всегда идет путем прямым и свойственным самой природе. Жаль мне древней геометрии (т. е. геометрии Архимеда), которая... нашла столь мало истин, касающихся определения величины тел, оставив это злополучное убожество в наследие нашему веку». Так, Ферма находил òxdx и òx2dx, как мы видели, по способу Архимеда, {252} но общая формула

    выводится им при помощи простой аналогии; архимедова метода исчерпания с reductio ad absurdum он вообще не применяет, хотя и относится к нему с большим уважением, как к почтенной реликвии. Он раз навсегда заявляет: «Во всех случаях удобно может быть проведен и архимедов способ доказательства через reductio ad absurdum с помощью описанных и вписанных фигур». Замечание это верно далеко не для всех случаев, и ясно, что сам Ферма и не пытался проверять его: в числе изучаемых им случаев есть и несобственные интегралы (с двойным предельным переходом), где провести такое доказательство было бы затруднительно.

    Так же, как Ферма, поступает и Паскаль; и он довольствуется априорным, в ряде случаев неверным утверждением, будто «все то, что доказано путем неделимых, можно доказать и методом Архимеда», освобождая себя таким образом навсегда от обязанности давать строгие доказательства своих положений.

    Итак, Кавальери, Ферма и Паскаль дали в руки математикам новое оружие; книги Архимеда перестают быть настольными учебниками математики — их сдают в архив. Такэ (А. Tacquet), бывший упрямым поклонником архимедова метода и в своей книге «Cylindricorum et annularium liber», вышедшей в 1651 г., требовавший, чтобы каждое геометрическое положение доказывалось методом исчерпания, принужден с прискорбием заметить: «Sed illum plures laudant quam legunt; admirantur plures quam intelligunt». («Архимеда больше люди хвалят, чем читают; больше людей восхищаются им, чем понимают его»). Это замечание содержится в книге «Элементы геометрии на плоскости и в пространстве с добавлением нескольких теорем из Архимеда», вышедшей в 1654 г. и посвященной пропаганде метода Архимеда. Однако сам Такэ никакого нового алгорифма предельного перехода не предложил, а метод исчерпания (как указывал уже сам Архимед, чтó, впрочем, не было известно Такэ) был бесплоден для твор-{253}ческой математической работы. Книга Такэ никого увлечь или убедить не могла, ибо ничего нового, принципиально интересного для людей этого бурного периода она не давала; она давала лишь доказательство методом исчерпания для некоторых кубатур, уже найденных методом неделимых.

    Архимед и его наука отходили в область прошлого, и вряд ли было случайностью, что именно Такэ написал первую (после авторов античности) историю математики: «Historica narratio de ortu et progressu matheseos». Такие книги обычно пишут, когда заканчивается целая эпоха в истории человеческой мысли и можно подвести итог сделанному.

    Эпоха революционной борьбы с Архимедом должна была скоро закончиться, и должно было наступить время, когда к оценке Архимеда можно будет подойти более объективно. Такой объективный подход к Архимеду характерен для английских ученых. Они не спорят о том, какой метод лучше — архимедов метод исчерпания или новый метод бесконечно малых. Тщательное изучение Архимеда приводит их к правильному (и в 1906 г. вполне подтвердившемуся благодаря нахождению «Эфода»!) выводу, что сам Архимед для нахождения своих теорем применял метод неделимых. Барроу в XXVII лекции своего университетского курса в Кэмбридже (который слушал, между прочим, и Ньютон) заметил, что предлагаемые Архимедом решения выдают его и показывают, какого рода анализ он употреблял («quod ipsum satis prodit ас arguit qualem is analysin usurpavit»); иначе, говорит Барроу, «было бы совершенно непонятно, как Архимед путем огромного числа сложений, делений, перестановок и обращений пропорций, лишенных логической целеустремленности, мог прийти к верному выводу. Верный результат мог бы быть при таком предположении только делом случая, а не логических рассуждений и искусства, но при этом было бы непонятно, почему случай каждый раз выводил Архимеда на правильную дорогу».

    Поэтому, выпуская в 1675 г. в Лондоне свой латинский перевод Архимеда, Барроу считает возможным, не придерживаясь точно контекста подлинника, излагать своими словами его предложения сокращать доказательства и за-{254}менять их своими. Еще через три года, в 1679 г., Барроу выпускает в свет свою «Лекцию, в которой теоремы Архимеда о шаре и цилиндре излагаются в обработке методом неделимых». Барроу учел и «Леммы», опубликованные в 1657 и 1661 гг.

    Уоллис, как издатель, пошел по более научному пути. В 1676 г. он выпускает в свет подлинный греческий текст «Псаммита» и «Измерения круга» с комментариями Евтокия, новым латинским переводом и своими примечаниями. Архимеда он ставил чрезвычайно высоко, оценивая его так: «Муж поразительной проницательности, он заложил первоосновы почти всех открытий, развитием которых гордится наш век». Однако с архимедовым методом трактовки геометрических вопросов он согласиться не может. Как и Барроу, он приходит к выводу, что Архимед «умышленно скрывал метод своих решений». Это, конечно, замечает он, наилучший способ для того, чтобы избежать упреков и возражений со стороны читателей; но сам Уоллис не хотел следовать примеру Архимеда. Конечно, замечает Уоллис, было бы умнее, если бы и он просто выставлял и доказывал отдельные предложения, вместо того чтобы излагать весь свой метод; он избежал бы таким образом замечаний и упреков, но не мог бы подготовить почву для дальнейших успехов математики.

    Какая ирония судьбы! В то время, когда Уоллис делал этот выговор Архимеду, еще не был найден его «Эфод», и Уоллис не мог знать, что, порицая Архимеда, он почти дословно повторяет его же собственные слова: «Я счел уместным в этой книге изложить мой метод... полезный и для доказательства теорем... Легче найти строгое доказательство после того, как при помощи этого метода приобретена ориентировка в вопросах... Теоремы, которые я сейчас публикую, я нашел прежде при помощи этого метода, и я решил письменно изложить его... потому что, как я убежден, я оказываю этим немаловажную услугу математике: многие из моих современников или последователей, ознакомившись с этим методом, будут в состоянии находить новые теоремы, до которых я еще не додумался».

    К сожалению, мечта Архимеда не исполнилась: в эпоху бурного роста математической науки его «Эфод» оставался {255} лежать под спудом. Если бы он был найден на три столетия раньше, было бы сбережено много времени и энергии, затраченных на бесполезные споры.

    К началу XVIII в. книги Архимеда окончательно перестают быть настольными курсами математики. Достаточно просмотреть указатель к IV тому «Лекций по истории математики» М. Кантора, чтобы убедиться, что с этого времени Архимеда изучают только историки математики. Новая система удобных алгебраических обозначений и преобразований и новый алгорифм для действий над бесконечно малыми величинами избаловали новое поколение математиков и сделали их туго восприимчивыми как к громоздкой и неуклюжей геометрической алгебре древних, так и к громоздкому и неуклюжему методу исчерпания. Строгость новых инфинитезимальных методов была достигнута не возвратом к методу исчерпания, а другими, новыми путями.

    Правда, Лежандр (Legendre) выпустил в 1812 г. свои «Éléments de géometrie», в которых восстанавливает в правах старый метод исчерпания, почти не внося в него изменений; он даже называет его архимедовым методом (как мы видим теперь из «Эфода», название это очень неудачное). Но книга Лежандра проникнута косным реакционным духом и, по замечанию Кантора, «не отвечала требованиям того времени, которые ставились ей философской критикой».

    Итак, Архимед сыграл огромную роль в истории математики и в эллинистическо-римскую эпоху (Гемин, Герон, Папп), и в средние века (арабские математики), и в XVII в., в один из наиболее блестящих периодов бурного роста математики.

    И в наше время чтение Архимеда принесет, конечно, свою пользу не только в деле тренировки молодых математиков; оно может навести творческого математика на ряд новых, принципиально интересных мыслей. Но громоздкое научное оформление вынуждает математика наших дней подходить к Архимеду, как к интересной реликвии прошлого: это — великолепный каменный топор, виртуозно изготовленный художником-дикарем, а не остро отточенный клинок удобного современного ножа, сработанного на фабрике с учетом всех нужд современности. {256}

    Таблица 15. Архимед и его ученики. Снимок с

    картины Рафаэля

    Этот новый, исторический подход к Архимеду звучит уже в отзыве на пейраров перевод Архимеда, представленном Даламбером во Французскую Академию Наук: «За Архимедом сохранится репутация одного из самых удивительных гениев, которые когда-либо посвящали себя математике... Несмотря на преимущества новых методов, сознаваемые всеми геометрами, всякий математик должен заинтересоваться, какими своеобразными путями и глубокими размышлениями Архимед мог достичь таких сложных результатов». {257}

    «все книги     «к разделу      «содержание      Глав: 14      Главы: <   7.  8.  9.  10.  11.  12.  13.  14.





     
    polkaknig@narod.ru ICQ 474-849-132 © 2005-2009 Материалы этого сайта могут быть использованы только со ссылкой на данный сайт.