Cienka wiązka promieni rentgenowskich skanuje pisma legendarnego greckiego naukowca i matematyka Archimedesa, ukryty tekst, który może być najważniejszym starożytnym dokumentem naukowym odkrytym od czasów renesansu. Gdy na dużym monitorze komputerowym w Synchrotron Radiation Laboratory Stanforda pojawiają się delikatne linie, ledwo dostrzegam widmowy obraz greckiej litery lambda.
Jako producent audycji internetowej dla muzeum nauki Exploratorium w San Francisco dokumentuję eksperymentalne wykorzystanie jednego z najbardziej wyrafinowanych narzędzi współczesnej nauki, aby rozszyfrować tysiącletnią książkę z koziej skóry. Znany jako Archimedes Palimpsest, zwany w skrócie Archie, wygląda strasznie krucho. Krawędzie większości 174 stron książki są wypalone, a ich łzy, dziury i plamy fioletowej pleśni pokrywają ich powierzchnię. Pergamin jest mniejszy niż się spodziewałem, niewiele większy niż powieść w twardej oprawie.
Chcę po prostu gapić się, ale szum maszyn przypomina mi, że mam pracę do wykonania. Ponieważ spędzam tak dużo czasu w Archie, zespół obrazowania powierzył mi dziś po południu pracę kierownika zmiany. Sprawdzam intensywność skanera rentgenowskiego, odnotowuję czas i rejestruję temperaturę i wilgotność z monitorów środowiskowych w pobliżu dokumentu. Na jej stronach znajduje się jedyny znany ocalały zapis dwóch dzieł Archimedesa i jedyna wersja innego w oryginalnej greckiej. Ponadto istnieje 14 stron rzadkich komentarzy do traktatu Arystotelesa na temat logiki kategoryzacji oraz kolejne 10 stron, na których zapisano dwa wcześniej nieznane przemówienia Hyperidesa, ateńskiego mówcy i polityka z IV wieku p.n.e. Większość z nich jest niewidoczna gołym okiem —Zostały zasłonięte pleśnią, spisane przez średniowiecznego kapłana lub prawie zniszczone przez współczesnego fałszerza, który nie rozpoznał ich prawdziwej wartości ani nie dbał o nią.
Archimedes może być najbardziej znany z tego, że wstaje z kąpieli i biegnie nago ulicami Syrakuz, greckiego miasta-państwa na dzisiejszej wyspie Sycylii, krzycząc „Eureka”. („Znalazłem.”) Według legendy - i jest to raczej legenda niż fakt - matematyk z III wieku pne właśnie odkrył, że może częściowo określić czystość złota, mierząc objętość wody, którą wypiera. Archimedes był obchodzony zarówno w swoim czasie, jak i naszym, za praktyczne zastosowania matematyki i fizyki. Wymyślona przez niego śruba wciąż porusza wodę pod górę, a katapulty i inna broń, którą zaprojektował, broniły Syrakuz przed rzymskimi najeźdźcami. (Syrakuzy ostatecznie znalazły się pod oblężeniem Rzymu, a Archimedes został zabity przez wrogiego żołnierza w wieku 75 lat - podobno po narysowaniu figur geometrycznych w piasku i kłapnięciu: „Nie przeszkadzaj moim kręgom!”) Oszacował także wartość Liczba Pi. „Archimedes był największym matematykiem w starożytnym świecie” - mówi William Noel, kustosz starożytnych rękopisów w Muzeum Sztuki Walters w Baltimore i osoba najbardziej odpowiedzialna za opiekę i czytanie palimpsestu. „Był pierwszym naukowcem, który zastosował abstrakcyjne zasady matematyczne w otaczającym go świecie”.
Archimedes napisał swoje traktaty na papirusowych rolkach, których oryginały zaginęły. Ale jego dzieła zostały wiernie skopiowane przez pokolenia skrybów i pod koniec piątego wieku, prawdopodobnie w Konstantynopolu, skoczyły na związany pergamin z koziej skóry. Wielkie biblioteki tego miasta zostały splądrowane przez krzyżowców w 1204 r., Ale jeden pergamin, napisany w latach 900., jakoś przetrwał i został ukryty w chrześcijańskim klasztorze pod Betlejem. W 1229 roku grecki kapłan, który potrzebował pergaminu na modlitewnik, rozebrał rękopis Archimedesa, zeskrobał i zmył strony oraz skopiował tekst liturgiczny nad pismami Archimedesa w procesie znanym jako palimpsesting (od greckiego słowa palimpsestos, co znaczy „ zeskrobano ponownie ”). Choć wydaje się to teraz przerażające, oryginalny tekst prawdopodobnie nie przetrwałby, gdyby pisarz go nie przetworzył, a kolejni mnisi nie zachowali modlitewnika - nieświadomi tego, co kryje się pod pismami świętymi.
Te traktaty Archimedesa zostały zasadniczo utracone w historii do 1906 r., Kiedy to duński uczony klasyk, Johan Ludwig Heiberg, odkrył tysiącletni rękopis w bibliotece greckiego prawosławnego klasztoru w Konstantynopolu. Heiberg rozpoznał, że słabe pisma pod modlitwami pochodzą od umysłu Archimedesa. Heibergowi pozwolono sfotografować wiele stron i opublikował artykuły naukowe na temat pism, które udało mu się odczytać. Ale Heiberg nie potrafił odczytać niektórych stron i zignorował diagramy. Potem, jakiś czas po I wojnie światowej, palimpsest ponownie zniknął, usunięty z biblioteki w tajemniczych okolicznościach - być może skradziony z klasztoru - i prawdopodobnie jest w rękach francuskiej rodziny przez większą część XX wieku. Ponownie pojawił się ponownie w 1998 r., Kiedy anonimowy prywatny kolekcjoner w Stanach Zjednoczonych kupił dokument na aukcji za 2 miliony dolarów.
Palimpsest mógłby pozostać poza zasięgiem opinii publicznej i rąk uczonych, gdyby Noel Muzeum Sztuki Waltersa nie zdołał skontaktować się z nowym właścicielem za pośrednictwem agenta sprzedaży i poprosić o dostęp do niego. Ku wielkiemu zdziwieniu kuratora właściciel (który pozostaje anonimowy) osobiście dostarczył go Noelowi i jego współpracownikom w celu konserwacji i nauki w Walters.
Palimpsest znacznie się pogorszył w ciągu stulecia, odkąd Heiberg po raz pierwszy zbadał go w Turcji. Wilgotność spowodowała rozwój pleśni, a na stronach było jeszcze więcej dziur niż wcześniej. Co najgorsze, cztery z nich pokryte były malowidłami ze złotych liści. Najwyraźniej, w wyniku błędnej próby uczynienia książki bardziej wartościową, poprzedni właściciel użył palimpsestowych stron, aby podrobić iluminowany bizantyjski rękopis.
Tysiącletni Archimedes Palimpsest został rozebrany, oczyszczony, ustabilizowany i przeanalizowany. (George Steinmetz) Zanim zaczęli rozszyfrowywać sekrety Archiego, konserwatorzy Waltersów, prowadzeni przez Abigail Quandt, podjęli mozolną pracę polegającą na powstrzymaniu szkód. Cztery lata zajęło rozebranie książki i jej wyczyszczenie. Tymczasem naukowcy z Johns Hopkins University, Rochester Institute of Technology i innych instytucji, wykorzystując światło ultrafioletowe i różne techniki ulepszania obrazów, byli w stanie ujawnić około 80 procent manuskryptu. Według Reviela Netza, profesora klasyki na Uniwersytecie Stanforda, praca ta znacznie zwiększyła wysiłki Heiberga.
Najważniejszy traktat tego dokumentu nazywa się „Metoda twierdzeń mechanicznych”. Archimedes wykorzystuje w nim sposób zrównoważenia obiektu, aby uzyskać jego geometryczne i fizyczne właściwości. Jeszcze ważniejszy jest opis nieskończoności metody, od dawna uważanej za zbyt problematyczną dla starożytnych matematyków greckich. Nasze współczesne rozumienie tego zostało udoskonalone przez Issaca Newtona i Gottfrieda Wilhelma von Leibniza, gdy niezależnie wynaleźli rachunek różniczkowy. Od palimpsestu uczeni wiedzą teraz, że Archimedes rozumiał nieskończoność 20 wieków wcześniej.
Innym unikalnym tekstem jest „Stomachion”, prawdopodobnie pierwszy traktat o kombinatoryce, gałęzi matematyki dotyczącej organizacji elementów w zbiorach. W tym fragmencie Archimedes opisuje zagadkę, w której kwadrat jest pocięty na 14 nieregularnych kawałków. Rozwiązanie łamigłówki polega na określeniu liczby sposobów, w jakie elementy można ułożyć z powrotem w kwadrat. Nie wiadomo, czy Archimedes rozwiązał zagadkę - te strony zostały utracone - ale współcześni matematycy ustalili odpowiedź: 17 152.
Zespół muzeum sztuki Noela Waltersa rozszyfrował większość palimpsestów, ale nie mógł odczytać obrazu złocistego fałszerza. Właśnie tam na zdjęciu pojawiło się Stanford Synchrotron Radiation Lab (SSRL). Laboratorium generuje promieniowanie rentgenowskie z potężnych wiązek elektronów, które biegną wokół pierścienia o średnicy 260 stóp w pozbawionym okien budynku w kształcie pączka z prawie prędkością światła. Kilka lat temu, pracując nad niepowiązanym projektem Exploratorium, zwiedzałem SSRL, kiedy Uwe Bergmann, urodzony w Niemczech fizyk, zatrzymał moją grupę na zakrzywionym korytarzu. Powiedział nam, że pracuje nad eksperymentem polegającym na wystawieniu atramentowego pergaminu na promieniowanie rentgenowskie SSRL. Bergmann czytał o palimpsestie w niemieckim czasopiśmie i wydedukował, że SSRL będzie w stanie obrazować żelazo w tuszu pod złotymi obrazami. Eksperyment, który Bergmann pokazał mi tego dnia, przekonał go, że jego technika może działać na pergaminie - i praktycznie podskakiwał z podniecenia.
Aby odsłonić ukryty atrament, promienie rentgenowskie tworzące wiązkę nie grubszą niż ludzki włos uderzają w pergamin. Ich energia powoduje, że niektóre pierwiastki atramentu fluoryzują lub świecą. Detektory wychwytują charakterystyczną długość fali fluorescencji każdego elementu, a komputer przekształca dane w obrazy komputerowe. „Promienie X dbają tylko o element na pergaminie”, mówi Bergmann. „Możesz obserwować żelazo w tuszu, bez względu na to, co znajduje się powyżej lub poniżej”.
W ciągu ostatnich dwóch lat eksperymenty obrazowania SSRL przyniosły kilka ekscytujących nowych wyników, w tym podpis pisarza, który jako pierwszy skopiował teksty liturgiczne i datę, kiedy to zrobił (Ioannes Myronas, 29 kwietnia 1229 r.).
Teraz jesteśmy u kresu dziesięciodniowego biegu. Przeanalizowaliśmy jedną z najtrudniejszych stron książki, wstęp do „Metody twierdzeń mechanicznych” Archimedesa, która jest pokryta złotym fałszerstwem siedzącego świętego. Schemat na stronie zawiera krytyczne informacje o tym, jak Archimedes myślał o dowodach geometrycznych, informacje, które Heiberg zignorował. To jest druga seria tej strony; aby wydobyć bardziej delikatne linie spod obrazu, detektory zostały dostrojone do obrazu wapnia, a nie żelaza.
Odnieśliśmy już sukces. Reviel Netz ze Stanford powiedział nam wcześniej w tym tygodniu, że po raz pierwszy widział wyraźnie jedną z etykiet rysunku, który towarzyszy „Metodzie twierdzeń mechanicznych” Archimedesa. Netz twierdzi, że wytwórnia rozstrzygnęła od dawna spór między uczonymi o to, co uważali za błąd w schemacie.
Po Stanford palimpsest zostanie przewieziony ręcznie przez konserwatorkę Abigail Quandt z powrotem do Walters Art Museum w Baltimore, gdzie przejdzie dodatkowe prace obrazowania w celu ujawnienia większej ilości tekstu z Hyperides, ateńskiego mówcy, który powinien zawierać nowe informacje na temat podstaw demokracji greckiej, prawa ateńskiego i historii społecznej. Zespół spodziewa się zakończyć pracę w 2008 r., A następnie dokument będzie wyświetlany przez trzy miesiące w Walters, a później w innych muzeach. Tekst zostanie opublikowany, aby uczeni i studenci mogli się nad nim zastanowić. „Odkryliśmy, że dzięki Archimedesowi Palimpsestowi ta książka nigdy nie przestaje zdradzać swoich tajemnic” - mówi Noel. „To jak praca z wielkim umysłem; musisz myśleć o rzeczach w nowy sposób - od orzechów i gruzów średniowiecznej historii po korzenie rachunku różniczkowego i fizyki”.
Mary K. Miller jest współautorką Watching Weather oraz pisarzem i producentem internetowym Exploratorium w San Francisco.
