Имя гениального математика и механика древности Архимеда (287–212 гг. до н. э.) известно всем. Специалистам — по его трудам, остальным — по ставшим крылатыми выражениями, таких как: «Дайте мне точку опоры, и я переверну земной шар» или по знаменитому восклицанию «Эврика!», что в переводе с древнегреческого означает «Я нашел!» Легенда гласит, что с этим криком Архимед бежал голым по улицам Сиракуз из бани, где его осенила мысль, как можно рассчитать вес тела, погруженного в жидкость. Даже перед смертью, когда римский солдат занес над ним меч, Архимед успел выкрикнуть фразу, которая тоже вошла в историю — «Не трогай моих чертежей!»
Математики и механики до сих пор штудируют дошедшие до нас работы Архимеда, историки труды своих коллег, как современников ученого, так и живших позже, отыскивая в них все, что так или иначе относится к Архимеду, что может стать бесценным при воссоздании его, пока что крайне скудной, биографии. Эти поиски приводят иногда к сенсационным открытиям, которые буквально ставят в тупик современных исследователей.
Так произошло, например, в случае, когда они прочитали в сочинение древнегреческого ученого Антемия «О парадоксах механики» рассказ о том, как при осаде римлянами 214 году до н. э. родного города Архимеда, последний при помощи изобретенной им системы зеркал якобы сжег флот нападавших.
Этот рассказ уже две тысячи лет не дает покоя историкам и ученым, и чтобы попробовать разобраться в нем, необходимо поговорить обо всем подробно.
Архимед родился в 287 году до. н. э. в городе Сиракузы, расположенном на восточном побережье острова Сицилия. К этому моменту уже несколько поколений его предков жили здесь, ибо Сиракузы, как и другие греческие города, расположенные в Сицилии, были типичными городами — государствами, основанными в свое время греческими колонистами (К месту будет сказано, что такие же греческие колонии были основаны во времена античности и на территории бывшего СССР — Танаис в устье Дона, Ольвия — на побережье Днепро— Бугского лимана, Херсон и Пантикапей — в Крыму).
Отец Архимеда, математик и астроном Фидий, был как полагают, не очень обеспеченным человеком. Те, кто так считают, основывают свои рассуждения на том факте, что Архимед никогда в своей жизни не занимался философией и литературой, что было нонсенсом, если б он принадлежал к кругам аристократии. У неё занятия философией и литературой считалось как раз приоритетными, тогда как точные науки изучались постольку— поскольку.
Думается, такая аргументация лишена реального смысла. Гораздо разумнее предположить, что Архимед предпочел точные науки философии и литературе не по причине отсутствия у него материальных средств, а в силу того, что он был гением, складу характера которого соответствовала именно «узкая специализация», то есть всепоглощающая страсть к точным наукам.
Есть еще одно обстоятельство, позволяющее думать, что наше предположение ближе к истине: семья Архимеда была в родстве с тогдашним правителем Сиракуз Гиероном, который отнюдь не был бедняком и наверняка смог бы помочь одаренному родственнику, если б в том возникла нужда. Впрочем, так, вероятно, и было — ведь когда подошел срок продолжить образование, Архимед отправился не куда-нибудь, а в Александрию, считавшейся главным центром античного мира в деле познания математики, астрономии и механики. Такая поездка была очень дорога, но Архимед не отказался от нее, так что разумно предположить, что у него нашлись необходимые средства для этого— выделенные, быть может, именно Гиероном.
Александрия того времени была поистине мировым центром учености. С ней могли спорить лишь Афины, но они были средоточием знаний по философии и изящной литературе, тогда как в Александрии, повторяем, на первое место ставилось изучение точных наук. Кроме того, там имелась единственная в своем роде библиотека, являвшаяся интеллектуальной сокровищницей тогдашнего мира. (Судьба ее трагична. Просуществовав тысячу лет, она была уничтожена в VII веке н. э. во времена арабских завоеваний. Когда войска халифа Омара захватили Александрию, встал вопрос: что делать с библиотекой. Калиф принял «мудрое» решение. «Если в этих книгах, — сказал он, — написано то же самое, что и в Коране, то они лишние, а если противное Корану, то они вредны». И приказал сжечь библиотеку. Насмешка богов: арабы, вклад которых в развитие мировой науки огромен, сами же и уничтожили ее главное сокровище!)
Итак, Архимед оказался в Александрии. Что же он там увидел? Удивительнейшую картину творческого единения ученых, среди которых были выдающиеся (например, Эратосфер, первым измеривший радиус Земли, или Конон, крупнейший астроном и математик того времени). Центром этого единения был так называемый Александрийский Музей, ученое сообщество, организованное еще Птолемеем I Сотером, сподвижником Александра Македонского и основателем знаменитой династии. (Одним из ее представителей была небезызвестная царица Клеопатра). Принцип, которым руководствовался Птолемей I при этом, можно без всяких натяжек назвать гениальным: впервые в мировой научной практике создавался своего рода «академический городок», где ученым, освобожденным от всяких житейских забот, т. е. живших на полном иждивении государства, предоставлялась уникальная возможность заниматься наукой без всякого давления со стороны властей. Каждый ученый занимался тем, чем он хотел, власти при этом щедро финансировали любые научные изыскания. Поэтому не случайно, что именно в Александрийском Музее были сделаны многие эпохальные открытия в области математики, астрономии, механики.
Совершенно очевидно, что атмосфера, царившая в Музее, действовала на Архимеда самым благотворным образом, поскольку весь период его пребывания в Александрии отмечен высокой научной активностью. Беседы и диспуты с выдающимися учеными, а также практические занятия и опыты обогатили Архимеда как знаниями вообще, так и методами их применения, и когда по окончании положенного срока он вернулся в родные Сиракузы, то был уже вполне сложившимся ученым, которого, помимо солидного теоретического багажа, отличали оригинальность и творчество в решении научных задач.
В Сиракузах Архимед прожил всю последующую жизнь, занимаясь самыми разнообразными проблемами математики и механики, и, видимо, не думая, что когда— нибудь ему придется применить свои знания на практике. Однако такой момент настал. В 218 году до н. э., когда Архимеду было уже 69 лет, началась так называемая 2-я Пуническая война между Карфагеном и Римом. Эти два средиземноморских государства давно спорили между собой о праве быть первым в регионе, но если с Карфагеном у Сиракуз складывались вполне нормальные отношения, то с агрессивным Римом они оставляли желать лучшего. В начавшейся войне Сиракузы поддержали Карфаген, и Рим не замедлил послать под стены строптивого города свой флот. Началась долгая осада Сиракуз. Ее жители проявили героизм и чудеса изобретательности при отражении неприятельских атак, каждый раз противопоставляя им несокрушимость хорошо налаженной обороны. И главным ее организатором был Архимед. Для поражения римских кораблей он придумал множество хитроумных устройств и механизмов, с помощью которых срывал все попытки римлян захватить город. Именно тогда, как утверждает легенда и некоторые письменные источники, и был сожжен флот нападавших.
Об осаде Сиракуз писали многие древние авторы— Полибий, Лукиан, Плутарх, Гален, Тит Ливий. Ближе всех к событиям осады стоит Полибий, родившийся через двенадцать лет после смерти Архимеда, за ним следует Тит Ливий (59 г. до н. э. — 17 г. н. э.), остальные жили уже в новом тысячелетии. Но ни у кого из указанных историков, начиная от Полибия, встретившего окончании 2-й Пунической войны двенадцатилетним подростком, и кончая Галеном, жившим в III веке н. э. — ни у кого из них нет никакого упоминания о том, что под Сиракузами Архимед сжег римский флот энергией солнечных лучей, сфокусированных изобретенной им системой зеркал. Такое сообщение есть лишь у Антемия (встречается и другое написание имени — Анфемий), который жил в VI веке нашей эры.
Как расценивать такое сообщение? Как выдумку Антемея? Но зачем она потребовалась ему? Он не был ни писателем, ни историком, которые либо по конъюнктурным соображениям, либо в полемическом запале нередко прибегают к фальсификациям, а был ученым. И ему вовсе не нужно было выдумывать об Архимеде всякие небылицы. Так, может быть, Антемий пользовался каким-то источником, который ускользнул от внимания других? И может быть, в этом источнике имелись сведения, характеризующие Архимеда с совершенно неожиданной стороны? Ведь до нас дошла лишь часть работ ученого, и мы даже не можем с большой долей вероятности утверждать: вот этими дисциплинами Архимед увлекался, а этими — нет.
Например в сохранившихся трудах Архимеда нет и намека на то, что он занимался оптикой, хотя из сообщений позднейших ученых, в частности римского архитектора Витрувия, известно, что как раз оптике Архимед посвятил свой обширный труд под названием «Катоптрика», который, к сожалению, не дошел до нас. По словам того же Витрувия, в «Катоптрике» Архимед разбирал такие, к примеру, вопросы:
— почему в плоских зеркалах предметы сохраняют свою натуральную величину, в выпуклых — уменьшаются, а в вогнутых — увеличиваются;
— почему левые части предметов видны справа и наоборот;
— когда изображение в зеркале исчезает и когда появляется;
— почему вогнутые зеркала, будучи поставлены против Солнца, зажигают поднесенный к ним трут.
Еще конкретнее об опытах Архимеда с зажигательными зеркалами говорит в своих «Парадоксах механики» Антемий. Он считает, что Архимед и в самом деле достиг зажигательного эффекта с помощью зеркал, но не вогнутых, а плоских, 24 единицы которых он соединил в определенной комбинации.
Может быть, Антемий каким-то образом был знаком с «Катоптрикой»?
Споры о его сообщении не утихали ни в средние века, ни в новое время. Когда в 1548 году в Европе появился латинский перевод с арабского перевода работы неизвестного античного автора под заглавием «О зажигательном зеркале в форме вогнутой параболы», многие ученые признали в нем утраченную «Катоптрику». И хотя никаких строгих доказательств тому не было, некоторые крупные математики Средневековья (француз Оронт Финэ, итальянец Кавальери) написали по этому поводу специальные исследования. Финэ полностью разделил выводы Антемия, Кавальери был в своих утверждениях половинчат.
В 1630 году свою точку зрения на вопрос высказал французский философ и математик Рене Декарт. Он не верил в факт сожжения римского флота, мотивируя это тем, что для этого пришлось бы изготовить гигантское сферическое зеркало, чего не могли сделать ни Архимед, ни его помощники. Однако Галилей придерживался противоположного, считая, что Архимед добился зажигательного эффекта с помощью особой системы группировки зеркал, то есть согласился с выводом Антемия. В 1747 году английский естествоиспытатель Баффон проводит интересный опыт: он складывает в одно большое зеркало 168 маленьких зеркал и с помощью этой конструкции воспламеняет кусок сухого дерева!
Не иссяк интерес к легенде об Архимеде и в минувшем ХХ веке. И как всегда, исследователи разделились на две группы, выдвигающие свои аргументы «за» и «против».
Наиболее видной фигурой противников легенды является англичанин Д. Симмс. В 80-х годах прошедшего века он опубликовал статью, в которой выдвинул три довода в обоснование невозможности сожжения Архимедом римских кораблей. Во— первых, говорит Симмс, источники, откуда почерпнуты сведения об этом, не заслуживают доверия. Во— вторых, Архимед не имел ни достаточных познаний, ни технических средств для того, чтобы создать оружие, о котором говориться в легенде. В-третьих, если бы Архимед и смастерил зеркала, они не достигли бы нужного эффекта, поскольку были сделаны из полированной бронзы и не обладали нужной способность концентрировать солнечные лучи.
По первому пункту мы уже говорили. Да, никто из историков, писавших об осаде Сиракуз, ни словом не обмолвился о зеркалах. Они рассказывали о пожарах на римских кораблях, но эти пожары были вызваны так называемым «греческим огнем», специальной зажигательной смесью, которую метали в глиняных горшках с помощью катапульт. Один лишь Антемий говорит об уничтожении флота римлян с помощью зеркал. Откуда он извлек эти сведения — тайна.
Не слишком убедителен и второй аргумент Симмса. Хотя нам и неизвестно истинное содержание утраченной «Катоптрики», зато ни у кого нет сомнений в гениальности Архимеда. В этом убеждают его изобретения и труды, дошедшие до нас, и, стало быть, технических познаний учёному хватало, так же, как и технических средств, для того, чтобы отполировать бронзовое зеркало. А отсюда следует плавный переход к критике третьего возражения Симмса — о невозможности зажечь корабль пучком солнечных лучей, сфокусированных системой зеркал. И лучшим контрдоводом здесь является опыт, проведённый в 80-х годах минувшего столетия греческим инженером И. Саккасом. Решив проверить возможности оружия, какое, по легенде, применил Архимед, он изготовил 70 бронзовых щитов, подобных тем, что применялись во времена 2-й Пунической войны. Высота каждого зеркала ровнялась 1,7 м., ширина — 0,7 м.
В назначенный день на рейд вывели специально построенное деревянное судно, копирующие формы и размеры древнеримской триеры. По команде Саккаса 70 щитов — зеркал были направлены на корабль. Стоял погожий солнечный день, и через две минуты, как трут под зажигательным стеклом, корабль вспыхнул! Очень впечатляющее подтверждение того, что легенда о сожжении римского флота — возможно, и не легенда. Остаётся только надеяться, что рано или поздно отыщутся неопровержимые свидетельства этому, пока что легендарному, факту.
Похожий эксперимент провели уже в наши дни итальянские учёные. Они установили в пустыне холщовый парус и направили на него 450 зеркал общей площадью в 20 квадратных метров. Каждое такое зеркало своим теплом поднимало температуру паруса на полтора градуса, отчего парус, в конце концов, загорелся.
Но достигнутый результат не удовлетворил придирчивых итальянцев. Зеркала, по их мнению, не очень-то годились на роль «лазерного оружия» — для того, чтобы поджечь парус, требовалось определённое время. В условиях боевых действий, когда всё вокруг находится в движении и, стало быть, не представляет из себя неподвижную мишень, зажечь маневрирующий корабль практически невозможно.
Придя к такому выводу, итальянские экспериментаторы выдвинули оригинальную версию: бронзовые зеркала, с помощью которых Архимед якобы поджигал вражеские корабли, были на самом деле не примитивными лазерами, а своеобразными лазерными прицелами! С их помощью наводились на цель зажигательные снаряды (глиняные горшки, о которых говорилось выше), начинённые смесью из смолы, серы и селитры.
Но как же производилась такая наводка? Очень просто, отвечают итальянские инженеры. Чтобы без промаха поразить цель, Архимеду нужно было знать всего две вещи: дальность полёта зажигательного снаряда — горшка и расстояние по вертикали между солнечным «зайчиком» от зеркала и точкой, куда попадёт зажигательный снаряд, летящий по баллистической траектории. Проведя серию экспериментов, Архимед установил, что если наводить «зайчик» на парус вражеского корабля, то снаряд обязательно упадет на палубу. И он сконструировал такую катапульту, которая выстреливала тотчас, едва лишь солнечный «зайчик» показывал на матерчатый движитель римской триеры. Результатом таких действий было стопроцентные попадания.