ارشمیدس که بود؟

ارشمیدس ریاضی‌دان و دانشمند برجسته با اختراعات شگرف خود در دهه‌های پیش از میلاد، کمک بزرگی به پیشرفت علوم مختلف کرد.

ارشمیدس ۲۸۷ سال پیش از میلاد در مستعره یونانی «سیراکوز» در سیسیل به دنیا آمد. او که ۲۱۲ سال پیش از میلاد دار فانی را وداع گفت، با تعدادی از اختراعاتی که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرند مانند پیچ ارشمیدس، اعتبار دارد. از ارشمیدس گاهاً به عنوان پدر ریاضیات و فیزیک یاد می‌شود. در این مقاله قصد داریم نگاهی به زندگی ارشمیدس بیندازیم و با فرازو‌نشیب‌های زندگی او تا حدی که سیر تاریخی اجازه دهد، آشنا شویم.

ارشمیدس، به عنوان شخصیت برجسته علمی، در شهر سیراکوز در سیسیل چشم به دنیا گشود. شهر مذکور در زمان تولد ارشمیدس بخشی از منطقه‌ای به نام «Magna Graecia» بود که در فارسی «یونان بزرگ» ترجمه می‌شود. این اصطلاح رومی مختص مناطقی در امتداد سواحل جنوبی است که تحت استعمار یونان بود. گفته می‌شود او تمام عمر خود را در سیسیل گذراند - به جز زمان کوتاهی را که در اسکندریه مشغول کسب علم و دانش بود.

پدر ارشمیدس «فیدیاس» نام داشت و ستاره‌شناسی سرشناس در زمان خود بود. مورخان باور دارند خانواده او متمول بودند - از این جهت که می‌توانستند او را برای تحصیل به مدارس عالی اسکندریه بفرستند. اسکندریه - که ارشمیدس مدتی برای تحصیل در آن اقامت داشت - در آن زمان به عنوان یک مرکز فکری و رقیب آتن در زمان سلسله «بطلمیوس» درحال توسعه بود.
اینطور نقل شده است که ارشمیدس در زمان سکونت در اسکندریه با «اراتوستن سیرنه» و «کونون ساموسی» که هر دو از روشنفکران برجسته شهر بودند، آشنا شد. کونون یک منجم و ریاضی‌دان برجسته بود. از سوی دیگر اراتوستن ریٔیس کتابخانه اسکندریه و دانشمندی بود که اولین بار مدت زمان محیط زمین را محاسبه کرد. جزییات روابط میان این سه تن از نظر تاریخی ناشناخته است، با این‌حال ارشمیدس به قدری اراتوستن را تحسین می‌کرد و از آموزه‌های او قدردانی می‌کرد که اثر خود به نام «روش» (Method) را به او تقدیم کرد.

پیشرفت‌های نجومی ارشمیدس

مورخان باور دارند کنون و اراتوستن هر دو در رشته‌های ریاضیات و نجوم بر ارشمیدس تاثیر بسیار گذاشته‌اند. آن‌ها گمان می‌کنند ارشمیدس آثار متعددی در زمینه نجوم نوشته است که نویسندگان نسل‌های بعدی به آن‌ها اشاره کرده‌اند. با این‌حال، به دلایل نامشخص، هیچ یک از این آثار باقی نمانده است. تنها اثر برجسته باقی‌مانده از ارشمیدس «Sand-Reckoner» است که در آن تلاش کرد تا عالم را اندازه‌گیری کند. این عنوان ناشی از تلاش وی برای تعیین تعداد دانه‌های شن است که جهان را پر می‌کند. او برای انجام این کار نیاز داشت که بداند جهان چقدر بزرگ است. گفته می‌شود او چنان جذب فعالیت‌های فکری می‌شد که اغلب فراموش می‌کرد غذا بخورد!
این اثر بیشتر به خاطر تکیه بر مدل «heliocentric» پیشنهاد شده توسط ستا‌ره‌شناس «آریستارخوس ساموسی» - درحدود ۲۳۰ سال پیش از میلاد - به شهرت رسیده است.
در مدل heliocentric پیشنهاد می‌شود زمین و سایر سیارات به دور خورشید می‌چرخند و خورشید مرکز عالم است - این مدل در تضاد با مدل‌های دیگری است که عقیده داشتند زمین مرکز عالم است و همه چیز در عالم به دور زمین می‌چرخد. این مدل در کتاب «فرضیه‌ها» ارایٔه شده است و جزییات تاریخی تلاش‌های پیشین برای اندازه‌گیری ابعاد زمین، فاصله آن تا خورشید و همچنین ماه را ذکر کرده است. کتاب Sand-Reckoner به دلیل توسعه روش ریاضیاتی نوین برای بیان اعداد بسیار بزرگ مورد توجه قرار گرفته است.

گفته می‌شود ارشمیدس در زمان مطالعات خود دستگاه‌های نجومی را اختراع کرد که به کمک آن‌ها می‌توانست موقعیت و حرکت خورشید، ماه و برخی سیارات را محاسبه و شناسایی کند. یکی از این دستگاه‌ها با نام «کره برنزی» شناخته می‌شود که با چرخاندن آن، موقعیت سیاره‌ها و نحوه چرخش آن‌ها به دور زمین نمایش داده می‌شود - در ساخت این کره تصور می‌شود زمین در مرکز عالم قرار گرفته است. در ساخت این دستگاه اصول «سازوکار آنتیکیترا» مورد استفاده قرار گرفته است.

کره برنزی

سازوکار آنتیکیترا که همچنین به عنوان «دستگاه آنتیکیترا» نیز شناخته می‌شود، به نوعی به عنوان اولین کامپیوتر آنالوگ جهان شناخته می‌شود. این دستگاه که در سال ۱۹۰۱ در جزیره یونانی «آنتیکیترا» کشف شد، مربوط به اواخر قرن دوم/ اوایل قرن اول قبل از میلاد است. از دستگاه آنتیکیترا برای محاسبه موقعیت خورشید، ماه و سیارات استفاده می‌کردند.

این دستگاه بر اصول نجومی بابلی و مصری تکیه داشت، با این‌حال از حروف الفبای یونانی استفاده می‌کرد و در یونان ساخته شد. با چرخاندن یک میل‌لنگ، یک نشانگر حرکت می‌کرد تا مکان ماه یا سیارات را نشان دهد. دانشمندان زمان به کمک این دستگاه قادر بودند زمان خسوف را نیز محاسبه کنند.

پیچ ارشمیدس

از جمله دیگر فعالیت‌های ارزشمند ارشمیدس می‌توان اختراع «پیچ ارشمیدس» را نام برد. این وسیله درحقیقت برای کشیدن آب از سطح پایین‌تر به سطح بالاتر ساخته شده است. در آن زمان از این پیچ برای برطرف کردن مشکل حذف آب از پایین‌ترین قسمت عرشه کشتی استفاده می‌شود و به علت کارایی خود در چنین زمینه‌ای، اختراعی ارزشمند به حساب می‌آمد.

نویسنده یونانی «آتنایٔوس ازتاوکراتیس» نقل می‌کند: «هیرو دوم» - پادشاه وقت - از ارشمیدس درخواست کرد یک کشتی عظیم برای او طراحی کند. طبق خواسته هیرو دوم این کشتی باید بزرگتر از تمام کشتی‌های ساخته شده تا آن زمان باشد و به عنوان یک کشتی لوکس برای گشت و گذار و یا حتی جنگ مورد استفاده قرار گیرد.ارشمیدس در ازای دریافت مبلغی این کشتی را طراحی کرد و دستور ساخت آن داده شد. این کشتی با نام «سیراکوزیا» دارای معبدی زیبا، باغ‌های بزرگ، سالن ورزش، اتاق‌های اداری و امکانات رفاهی متعددی بود و فضای کافی برای ۱۹۰۰ نفر در آن وجود داشت - اعم از مسافر، خدمه، سربازان و غیره. این کشتی که براساس نقشه‌های ارشمیدس ساخته شده بود، زیبا و بزرگ بود، اما یک مشکل داشت: مقدار قابل توجهی آب از بدنه به درون آن نشت می‌کرد.

پیچ ارشمیدس استوانه‌ای بود که تیغه‌ای دارای شیار را دربرمی‌گرفت و هنگام چرخش توسط میل‌لنگ به سمت بالا می‌چرخید. با قرار دادن یک سطل در آب که با طناب به این سیستم متصل بود، آب از سطح در درون سطل جمع شده و به بالا کشیده می‌شد. این مکانیسم ساده هنوز هم در تعدادی از برنامه‌های کاربردی در سراسر جهان مورد استفاده قرار می‌گیرد. کشتی سیراکوزیا تنها یکبار از سیراکوز به اسکندریه رفت و پس از آن به «بطلیموس سوم» هدیه داده شد - پس از آن مشخص نیست چه اتفاقی برای این کشتی عظیم افتاد.

اصل ارشمیدس

در برخی کتب تاریخی آمده است که ارشمیدس در ساخت این کشتی از یک اصل هیدرواستاتیکی مهم بهره جسته است: وزن هر جسم شناور متناسب با میزان سیالی است که در اثر حضور جسم جابجا می‌شود. با این‌حساب، ارشمیدس را «پدر علم هیدرواستاتیک» می‌نامند. گفته می‌شود ارشمیدس در تلاش برای یافتن چگونگی شناور شدن کشتی به بزرگی سیراکوزیا به این نتیجه مهم رسید. در نوشته‌های ارشمیدس در مورد اجسام شناور - این دست نوشته‌ها هنوز نیز موجود است - هرگز به سیراکوزیا اشاره نشده است، اما او به برخی قوانین مهم که در این کشتی به کار برده شده است، اشاره می‌کند.از موضوعات دیگر مطرح شده توسط او، «تاج طلایی» است. براساس مشهورترین داستان‌های تاریخی، هیرو دوم مقداری طلای خالص را به صنعتگران داد تا تاجی باشکوه بسازند. هنگامی که تاج به پادشاه تقدیم شد، او مشکوک شد که زرگر از فلزی ساده استفاده کرده است و تنها با مقداری از طلای داده شده ظاهر تاج را آبکاری کرده است.

او از ارشمیدس خواست تا روشی کشف کند تا بدون آسیب رسیدن به تاج، از جنس آن اطمینان حاصل شود. گفته می‌شود ارشمیدس مدتی به این مسیٔله فکر کرد تا اینکه یک روز درحالیکه از وان حمام بیرون می‌آمد، متوجه بالا آمدن آب در اثر جابجایی آن توسط بدنش شد و فهمید می‌توان از این اصل در تعیین جنس تاج استفاده کرد. گفته شده او در ابتدا از این کشف چنان هیجان‌زده بود که بدون لباس بیرون دوید و داد می‌زد: «یافتم!»

بدین ترتیب ارشمیدس توانست پایه‌های علم هیدرواستاتیک را بنا کند. او همچنین با استفاده از این اصول موفق به تعیین چگالی تاج شد و دریافت زرگر واقعا از فلز دیگری استفاده کرده است و بیشتر طلا را برای خود نگه داشته است.

پیشرفت‌های ریاضیاتی

ارشمیدس در میان تمام فعالیت‌های خود، آثار ارزشمندی در ریاضیات نیز دارد که برخی از آن‌ها هنوز نیز موجود هستند. اخیران مورخان موفق به اثبات یکی دیگر از آثار او شده‌اند: «روش قضایای مکانیکی» که به زبان یونانی اصلی نوشته شده است.از آنجا که در قرون وسطی، کاغذ پوستی بسیار گران بود، دانشمندان و نویسندگان کتاب‌های پیشین را بازیافت می‌کردند و با جدا کردن، خراشیدن و شستن آن‌ها مجددا از آن صفحات استفاده می‌کردند. در پشت این کتاب نیز یک اثر مذهبی مسیحی به چشم می‌خورد که گویا تصویر پیشین کتابی است که ارشمیدس آن را بازیافت کرد تا بتواند از کاغذ آن استفاده کند.

ارشمیدس در محاسبات خود موفق شد مقدار عدد پی را ۳.۱۴ تخمین بزند. او همچنین حساب دیفرانسیل و انتگرال را از طریق کشف جز مساحت‌های بی‌نهایت کوچک پیش برد، سهمی‌ها را تعریف کرد، مساحت یک دایره را فرمول‌بندی کرد و ویژگی‌های مختلفی از اعداد را بیان کرد که در ترکیب با اعداد دیگر کاربرد دارند. با این‌حال، آنچه او در علم ریاضیات انجام می‌داد، تنها به کار انتزاعی خلاصه نمی‌شد. او از محاسبات خود در صنعت به خصوص ساخت ماشین‌های جنگی بهره می‌برد.

ماشین‌های جنگی

اختراع اهرم اغلب به ارشمیدس نسبت داده می‌شود، اما مورخان عقیده دارند کاری که درواقع او انجام داد این بود که نحوه کار اهرم را توضیح داد و امکان استفاده دقیق‌تر از آن را فراهم کرد. در عوض او وسیله‌ای برای اندازه‌گیری فاصله اختراع کرد که به نوعی می‌توان آن را «کیلومتر شمار» نامید. مطالعات او برای ساخت چنین ابزاری به بهبود استفاده از اهرم کمک کرد تا بتوان از آن برای ساخت منجنیق در دفاع از سیراکوز در برابر رومیان استفاده شود.در طول این جنگ، سیراکوز در ابتدا با روم متحد شد، اما برای حمایت از کارتاژ، موضع خود را پس از مدتی تغییر داد. روم در سال ۲۱۴ پیش از میلاد با روبرو شدن با تجهیزات جنگی که ارشمیدس برای جنگجویان کشور خود فراهم کرده بود، حسابی شوکه شد.

ابزار جنگی

علاوه بر منجنیق، پنجه ارشمیدس و اشعه حرارتی نیز به شکست روم کمک کرد.

پنجه ارشمیدس مکانیزمی شبیه جرثقیل با یک قلاب در انتهای خود بود که می‌توانست برای نابود کردن کشتی‌ها به کار گرفته شود. به نظر می‌رسد بیش از یک دستگاه از این وسیله به سمت دریا فرستاده شد تا زمانی که کشتی‌های رومی به آن نزدیک می‌شوند، آن‌ها را تخریب کند. مورخان باور دارند روم در این جنگ متحمل خسارات فراوانی شد. بازسازی‌های امروزی پنجه ارشمیدس ثابت کرده است که این دستگاه احتمالا هنوز نیز کارایی دارد!

اشعه گرما در روزگار کنونی بحث‌برانگیزتر است، زیرا برخی از محققان همچنان به این سوال می‌پردازند که چگونه کار می‌کند و یا حتی چطور اختراع چنین چیزی به ذهن او رسیده است. نام این دستگاه به‌طور مستقیم در هیچ یک از آثار ارشمیدس برده نشده است - تنها گفته شده تجهیزات و اختراعات جنگی او با پرتاب آتش کشتی‌های دشمن را نابود می‌کرد و یا اینکه او چنین کاری را با شیشه‌های سوزان انجام می‌داد، اما هیچکدام توضیح نمی‌دهند که این کار دقیقا چگونه انجام می‌شد.دفاع ارشمیدس هرچه که بود، به مدت دو سال رومیان را مهار کرد تا زمانی که دیوار‌های بیرونی شهر را شکستند و درحالیکه حواس مدافعان پرت یک مراسم مذهبی بود، به شهر هجوم آوردند. رهبر جنگجویان روم دستور داده بود تا ارشمیدس را زنده دستگیر کنند، زیرا به نظر می‌رسد وجود او برای شهر و کشور سودمند است - آن‌ها ارشمیدس را به نوعی دارای نظامی می‌دانستند.

مرگ

به گفته مورخان، پس از هجوم رومیان به کشور و سلطه آنان، روزی ارشمیدس در ساحل درحال انجام محاسبات بود که سربازی رومی به او نزدیک می‌شود. ارشمیدس که به شدت غرق تفکر بود تنها می‌گوید: «روی نوشته‌های من قدم نگذار»، اما این آخرین سخنان او بوده است. سرباز رومی که گویا او را نشناخته است، با شمشیر سر او را از بدن جدا می‌کند، البته برخی مورخان عقیده دارند که سرباز رومی او را شناخت، اما برای انتقام خون چند صد سرباز رومی کشته‌شده به کمک اختراعات ارشمیدس، تصمیم گرفت جان او را بگیرد.

پس از مرگ ارشمیدس، او را در فضایی زیبا در گوشه‌ای از قلعه به خاک سپردند. حدود هشت ماه بعد شهر به‌طور کامل به تصرف رومی‌ها در آمد و مشخص نیست که پس از تصرف قلعه، چه بر سر مقبره او آمد. برخی مورخان عقیده دارند که مقبره او بازسازی شد و مجسمه بزرگی از وی ساخته شد تا بر روی سنگ مزار او قرار گیرد. این اتفاق ۲۱۲ سال پیش از میلاد مسیح رخ داد و با گذشت چندین قرن هنوز ارشمیدس به عنوان یکی از بزرگترین ریاضی‌دانان و یا دست‌کم اندیشمندان بزرگ جهان شناخته می‌شود.