Архимед - биография, жизнь и научные достижения ученого

Становление учёного

Великий математик и изобретатель Archimedes родился в 287 г. до н. э. Его родина — портовый город Сиракузы (Сицилия), независимый полис, один из влиятельнейших в Древней Греции. Самая его ранняя биография написана другом Гераклитом, но текст, к сожалению, не сохранился.

Поскольку главный источник информации о детстве и юности был утерян, сведения об этом периоде скудны и противоречивы, Достоверная биография выглядит очень краткой из-за дефицита фактов и состоит в основном из мифов и легенд. Неизвестно даже ничего о личной жизни учёного, были ли у него дети.

Сам Архимед в одном из своих трудов упоминал, что отца звали Фидий и он был астрономом. Плутарх утверждал, что Фидий приходился родственником правителю Сиракуз Гиерону II и слыл состоятельным человеком. Скорее всего, именно отец научил Архимеда астрономическим наблюдениям и привил любовь к математике и механике.

Молодой человек продолжил образование в Александрии — столице Египта и центре мировой науки тех времён. Здесь он встретился с самыми известными учёными, изучал труды Демокрита и Евклида в Александрийской библиотеке, посещал лекции видных философов. В этот период он приобрёл друзей и коллег в лице:

• Конона — астронома и математика.
• Эратосфена — геометра, астронома и поэта.

Считается, что с последним он работал над расчётом длины окружности земного шара. Через несколько лет Архимед покинул академию и вернулся в родной город Сиракузы, где и жил всю оставшуюся жизнь, посвятив её науке и изобретениям.

Эврика и царская корона

Одна из самых знаменитых историй об Архимеде связана с легендой о короне Гиерона II. У Сиракузского царя возникли подозрения, что изготовивший её ювелир присвоил часть драгоценного металла, заменив золото серебром. Чтобы развеять сомнения, правитель обратился к известному геометру Архимеду с просьбой определить чистоту металла в изделии.

В те времена был известен один способ — испытать корону на прочность, что недопустимо было в отношении шедевра ювелирного искусства. Геометрически вычислить объём столь сложной фигуры и исходя из этого рассчитать плотность также было за пределами возможного. Долго и безуспешно учёный думал о способах определить содержание золота в короне, пока на помощь не пришёл случай.

Однажды находясь в ванне и размышляя о задаче, он обратил внимание, что его тело после погружения в воду становится заметно легче. Это навело учёного на мысль, что существует определённая связь между уменьшением веса и массой вытесненной им жидкости. Поражённый простотой своего открытия, он выбежал голым из бани с криком «Эврика!».

Представ перед Гиероном, Архимед попросил слиток золота, равный по весу короне, и кадку с водой для опыта. На рычажных весах оба предмета уравновешивались, но после погружения в воду одна из чаш опустилась. Легенда говорит о том, что эксперимент Архимеда доказал подделку материала, из которого была сделана корона. Открытый им закон гидростатики о связи объёма вытесняемой жидкости с весом погруженного тела назвали его именем.

Научные работы

Широта научных интересов, характерная для всех мыслителей Древней Греции, с особой силой раскрывается в трудах Архимеда. Можно сказать, что он был одним из самых универсальных геометров, физиков и конструкторов той эпохи. Несмотря на повышенный интерес к механике, оптике и астрономии, главной в его жизни была математика.

Архимед был одержим ею до такой степени, что посвящал вычислениям всё своё время, забывая об основных потребностях. По словам Плутарха, учёный, увлекаясь, мог даже голодать, не вспоминая о необходимости питаться. Другие современники дают такой портрет Архимеда: рассеянный, слегка чудаковатый человек. К сожалению, труды, написанные им, не сохранились. Информация о существовании семи трактатов известна лишь благодаря многочисленным свидетельствам. Произведения были написаны на дорическом греческом, местном языке Сиракуз.

Открытия в математике

В отличие от технических изобретений, математические труды Архимеда были мало известны в глубокой древности. В Александрии его читали и цитировали, но первый сборник работ, доступный для широкой аудитории, появился в 530 г. н. э., благодаря византийскому архитектору Исидору из Милет. Важными событиями в популяризации его трудов были:

• В 836—901 годах Сабит ин Курра перевёл работы на арабский язык.
• 1114—1187 годах Джерард Кремона сделал переводы на латынь.

И даже после этого его труды были менее распространены, чем «Начала» Евклида. Прежде всего из-за более сложного содержания, рассчитанного на научно зрелого читателя, экономичности стиля письма, изобилию таблиц и вычислений и скудностью комментариев. Тем не менее, Архимед Сиракузский оказал огромное влияние на развитие математики. Его труды высоко ценились арабскими и европейскими учёными.

Сам древнегреческий математик считал своим самым важным открытием доказательство того, что отношение объёмов шара и вписанного вокруг него цилиндра равно 2:3. Кроме того, он смог определить очень точно одно из самых фундаментальных геометрических соотношений — число пи. Учёный доказал, что отношение длины окружности к её диаметру находится между числами 310/71 и 310/70 (Архимедово число).

Достижения в физике и астрономии

Кроме открытия одного из основных закона гидростатики, древнегреческому учёному принадлежат другие не менее значительных достижения в области физики. Единственная его работа, сохранившаяся в полном объёме, посвящена центрам тяжести плоских фигур. Этот труд заложил основы статики как науки и содержит первые формулировки закона рычага и начала интегральных вычислений. Кроме того, учёному принадлежит фундаментальное правило оптики, заключающееся в том, что угол падения светового луча равен углу отражения.

Несмотря на то, что не сохранилось сведений об астрономических открытиях Архимеда, нет оснований сомневаться в его успехах на этом поприще. Цицерон упоминал, что консул Марцелл привёз в Рим из разграбленных Сиракуз два интересных устройства и приказал учёным воспроизвести их.

Одно из них моделировало небо на сфере, а второе предназначалось для расчёта и визуализации положений Солнца, Луны и других планет. В течение некоторого времени истинность этой истории была под сомнением, но извлечение останков древнего кораблекрушения подтвердило вероятность того, что Архимед мог обладать такими механизмами и ему удалось открыть гелиоцентричность устройства мира.

Другие изобретения

Относительно немногие сохранившиеся письменные работы древнегреческого мыслителя, пережив Средние века, стали чрезвычайно важным источником вдохновения для инженеров времён Возрождения. Изобретения Архимеда говорят о том, что он был не только великим теоретиком. Из исторических документов известно, что выдающийся математик являлся автором множества необычных конструкций.

Одно из самых известных его изобретений — винт для перекачивания воды, до сих пор используемый в Африке для орошения, а в Нидерландах -- для осушения польдеров. Кроме того, первое применение систем из тросов и шкивов, позволяющих масштабировать усилия, также приписывают Архимеду. Наиболее известное применение изобретений древнегреческого учёного состоялось во время осады его родины.

Оборона Сиракуз

Достижения Архимеда в области техники принесли ему огромную известность в 214 г. до н. э. в связи с боевыми действиями в родном городе. Это был один из величайших триумфов в жизни учёного. По мнению историков, нападающие были отбиты с помощью разнообразных хитроумных устройств, придуманных Архимедом. Несмотря на некоторые преувеличения, почти все события, связанные с обороной Сиракуз и описанные современниками, выглядят правдоподобно.

История началась с того момента, как вновь избранный римский консул Марк Клавдий Марцелл направился во главе четырёх легионов на Сицилию с целью захватить самый крупный полис на острове — Сиракузы. Город был неплохо защищён массивными стенами и скалистыми берегами. После предварительных переговоров римляне решили начать осаду и атаковать полис не только с суши, но и с моря силами эскадры в сотню судов.

Жители города обратились к Архимеду за помощью в разработке эффективных средств обороны. Сведения о некоторых вооружениях выглядят фантастическими. Например, легенды об устройствах, стреляющих огромными огненными шарами, как параболические зеркала, отражающие солнечный свет в виде смертоносных управляемых лучей, совершенно справедливо подвергаются исследователями сомнению. Но о некоторых случаях о применении новых видов оружия можно говорить с высокой степенью достоверности.

К изобретённым Архимедом вооружениям относят:

• Так называемые когти. Защитники использовали крюки на тросах, забрасываемые на подплывшие к стенам корабли. Последние захватывались и поднимались с помощью мощных полиспастов из воды, затем опрокидывались и топились. По сохранившимся описаниям устройство напоминало современный подъёмный кран.
• Катапульты большой мощности, стреляющие каменными глыбами в несколько сотен килограммов. Благодаря этому оружию горожане смогли без труда разбить огромные трапы, с помощью которых римляне предполагали десантироваться с кораблей сразу на стены города.

Кроме того, Архимеду принадлежит авторство правильной организации бойниц в фортификациях и оснащение защитников скорострельной метательной техникой. В результате такой грамотной организации обороны город успешно отбивался от захватчиков не один месяц, но, в конце концов, после долгой осады сдался на милость победителей.

Смерть повелителя чисел

После падения города Марцелл отдал приказ о том, что ни один гражданин Сиракуз не должен быть убит, взят в качестве раба или подвергнут жестокому обращению. Но в результате захвата полиса погиб сам Архимед. Есть несколько версий об обстоятельствах его смерти, но наиболее правдоподобными являются следующие:

• Учёный не знал о падении города, так как был поглощён работой над математической задачей. Солдат, пришедший за ним по приказу Марцелла, повредил Архимеда на песке, чем вызвал гнев математика. Римлянин пришёл в ярость, выхватил меч и убил его.
• Солдат приказал Архимеду следовать за ним, но учёный отказался это делать до того, пока не решит задачу. За такую дерзость математик поплатился жизнью.
• Архимед нёс математические инструменты Марцеллу. Увидевший его солдат принял циферблаты, сферы и углы за драгоценные вещи и убил учёного с целью грабежа.

Плутарх утверждает, что римский полководец был огорчён, устроил достойную церемонию захоронения и впоследствии разыскал родственников великого математика, чтобы принести им извинения. Известно, что на могиле Архимеда было изображение сферы, вписанной в цилиндр.

В 75 г. до н. э., на 137 год после смерти учёного, могилу посетил Цицерон, который нашёл её заброшенной. Римский оратор упоминал, что он потратил немало времени на поиски захоронения, так как местные жители были не в состоянии ему помочь. В конце концов он разыскал могилу среди кустарников возле ворот в Сиракузы, привёл её в порядок и оказал должное уважение месту.

В знак признания достижений немало вещей названо в честь Архимеда: кратер и горный хребет на Луне, один из астероидов. Медаль, присуждаемая математикам, носит его портрет, а выражение «Эврика!» в настоящее время используется в качестве государственного девиза штата Калифорния.