Эугенио Агиляр - Эврика! Радость открытия. Архимед

«Но я полагаю, что было бы полезным также поговорить о названиях чисел — среди прочего, чтобы не пропало то, что я написал в книге, посвященной Зевксиппу, поскольку по этому вопросу раньше никто ничего не говорил. На самом деле получается, что известные наименования чисел доходят до нескольких мириад. Здесь же называются числа до мириад мириад».

В итоге Архимед вводит последовательные возрастающие порядки чисел, замечая, что так можно обозначить любое число. Описав числовую систему, он выполняет ряд оценочных расчетов: например, он предполагает, что в одном маковом зернышке умещаются 10 000 песчинок. В конце концов он доходит до числа песчинок, которым можно было бы заполнить Вселенную. В нашей системе записи это было бы 1063, то есть единица и после нее 63 нуля.

Предложенная Архимедом в «Исчислении песчинок» числовая система известна как система октад, и в свое время у нее был большой потенциал, хотя она и осталась неизвестна большинству математиков. Вплоть до эпохи Архимеда использовались следующие термины: единица, десяток, сотня, тысяча и мириада (10000). Он же предложил пойти дальше мириады. Дойдя до конца цифр, он решил разбить их на восемь разрядов — вышеперечисленные цифры и их произведения.

Архимед Математическая запись Название Единица 1 = 100 Один Десяток 10 = 101 Десять Сотня 100 = 102 Сто Тысяча 1000 = 103 Тысяча Мириада (единица мириад) 10000 = 104 Десять тысяч Десяток мириад 10-10000 = 105 Сто тысяч Сотня мириад 100-10 000 = 106 Миллион Тысяча мириад 1000-10 000 = 107 Десять миллионов Мириада мириад 10000-10000 = 108 Сто миллионов

Таким образом, мы имеем систему, основой которой является 108 — число, именуемое октадой. Каждый раз при превышении этого цикла число переходит из одного разряда в другой со следующими названиями.

От 1 до 108 - 1 «Первые числа», первое число этого разряда — 1 От 108 до 1016-1 «Вторые числа», первое число этого разряда —108 От 1016 до 1024 - 1 «Третьи числа», первое число этого разряда —1016 и так далее  

Следовательно, мы можем дойти до 108 в степени 108, и все это — числа «первого периода». Дальше счет может перейти ко второму периоду, третьему периоду и так далее. Наибольшее число, которое называет Архимед, это «мириадно мириадный» период, то есть

или же единица с 80 трлн нулей (80000 1012) ... Действительно невероятное число!

В заключении «Исчисления песчинок» Архимед приходит к утверждению, что во Вселенной может поместиться 1000 мириад восьмых чисел (1056) песчинок. Это значит, что число песчинок, которыми можно заполнить Вселенную, составляет 103 • 104 • 1056 = 1063.

Сегодня такие величины в некоторых областях науки и технологии обычны. Во Вселенной, например, содержатся 1082 протонов, а самое большое из имеющих название число — это гугол, то есть 10100 (1 и сотня нулей). Термин гугол придумал в 1938 году Милтон Сиротта, девятилетний внук американского математика Эдварда Казнера. Любопытный факт: название поисковой системы Google произошло как раз от английского написания слова «гугол» (googol). А в Калифорнии штаб-квартира Google называется Googleplex, что напоминает о гуголплексе — термине, который Казнер использовал для числа 10googol, то есть 10 в степени, которая выражается единицей со 100 нулями.

Эпоха Архимеда представляет собой водоворот открытий и исследований в области математики. Многие талантливые ученые посвятили себя этой науке, и все же Архимед выделяется среди них тем, что он ввел новые методы и анализировал уже известные результаты со своей собственной точки зрения. Он вошел в историю благодаря вычислению приближения числа п и улучшению метода исчерпывания, необходимого для определения объемов и площадей криволинейных геометрических фигур.

Хотя широкая публика знает Архимеда как физика и механика, большинство его научных трудов посвящены математике. Он даже просил выбить на его могиле символы одной из решенных им геометрических задач. Ученый занимался практически всеми проблемами, актуальными для его времени; находил новые доказательства и создавал новые методы. Он поднял методы исчерпывания и доведения до абсурда до невиданных в ту эпоху высот. Также Архимед вплотную подошел к исчислению бесконечно малых величин и интегральному исчислению и смог использовать свои открытия в области рычага для получения новых математических результатов. В этой главе мы рассмотрим некоторые из важных достижений, описанных в его трудах, начиная с тех методов, которые ученый применял в своих исследованиях для анализа особых случаев.

Научный успех Архимеда почти полностью основан на используемой им методологии. В целом применяемые ученым методы можно разделить на две группы: первая направлена на поиск интересующего его решения (механический метод), а вторая — на доказательство верности полученного результата. В работах Архимеда часто встречаются цитаты из текстов Евклида и других более ранних математиков, то есть он приводит многие решения как само собой разумеющееся и для краткости говорит о них в своих трудах, словно они всем известны. Таким образом, мы видим математика, который работает с достойными доверия источниками и умеет извлекать из них материал, необходимый для его собственных исследований. В наши дни для любых доказательств мы используем алгебраический язык (формулы с буквами, цифрами и математическими символами), но в рассматриваемое нами время, когда жил Архимед, такого языка еще не существовало. Вот почему его тексты нелегки для современного читателя, ведь все его рассуждения основываются на чисто геометрических понятиях. Далее мы представим некоторые математические открытия Архимеда и постараемся реконструировать путь его мысли, хотя для этого нам и придется прибегать к языку алгебры.

Метод механических теорем

Из книги «Метод механических теорем» можно понять, что Архимед не скрывал свои методы от научного сообщества того времени, как мы уже показывали на примере константинопольского палимпсеста. В частности, он отправил этот труд Эратосфену, решив, что в данном случае он попадет в хорошие руки и сможет послужить получению новых интересных результатов.

Несмотря на то что Герои цитирует эту книгу в своем трактате «Метрика», многие источники описывают Архимеда ученым, ревниво относившимся к своей работе и не склонным популяризировать свою методологию. К счастью, в 1906 году исследователь-эллинист Гейберг обнаружил «Метод» и другие труды ученого, содержащиеся в палимпсесте. На самом деле Архимед охотно обнародовал и свои открытия, и научные методы, приведшие к этим открытиям. Он даже побуждал Эратосфена воспользоваться его методикой, уверяя последнего, что «можно было бы использовать этот путь для того, чтобы достичь определенных научных результатов посредством механики».

[...] написав это, обнародовать данный метод потому, что я о нем уже раньше упоминал — а я не хочу, чтобы казалось, будто я занимался пустой болтовней, — а также и потому, что я убежден: он принесет немалую пользу для математики.

Из письма Архимеда Эратосфену в «Методе»

Таким образом, в данной работе Архимед объясняет собственный механический метод. Кроме механического метода трактат содержит и геометрический (метод исчерпывания), приписываемый Евдоксу. Механический метод здесь использован исключительно для приблизительного решения задач, которые требуют затем более строгого и убедительного доказательства геометрическими методами: