ارشمیدس کیست؟ مروری بر زندگی نابغه یونان باستان

ارشمیدس از برجسته‌ترین دانشمندان یونان باستان است که ۲۸۷ سال پیش از میلاد مسیح متولد شد. او را با اکتشافات و اختراعات متعددش به یاد می‌آورند. ازجمله اختراعات او که امروزه استفاده می‌شوند، می‌توان به پیچ ارشمیدس اشاره کرد. از ارشمیدس به‌عنوان پدر ریاضیات و فیزیک نیز یاد می‌شود. در این مقاله قصد داریم نگاهی به زندگی ارشمیدس بیندازیم و تا حدی که سیر تاریخی اجازه بدهد، با فرازو‌نشیب‌های زندگی او آشنا شویم.

ارشمیدس کیست؟

ارشمیدس ۲۸۷ سال پیش از میلاد در شهر مستعره یونانی به نام «سیراکوز» در سیسیل به دنیا آمد. این شهر 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 در آن زمان تحت استعمار یونان بود. گفته می‌شود او تمام عمرش را در سیسیل گذراند، به‌جز مدت کوتاهی که در اسکندریه مشغول کسب علم و دانش بود.

پدر ارشمیدس، «فیدیاس»، در زمان خودش ستاره‌شناسی سرشناس بود. مورخان باور دارند خانواده ارشمیدس متمول بودند؛ زیرا می‌توانستند او را برای تحصیل به مدارس عالی اسکندریه بفرستند. اسکندریه که ارشمیدس مدتی برای تحصیل در آن اقامت داشت، آن زمان مرکز فکری و رقیب آتن در زمان سلسله «بطلمیوس» شناخته می‌شد و روزبه‌روز درحال توسعه بود.

تحصیل در اسکندریه

حضور ارشمیدس در اسکندریه سبب شد با دانشمندان بزرگی آشنا شود و راه زندگی خود را پیدا کند. نقل شده است که ارشمیدس در زمان سکونت در اسکندریه با «اراتوستن سیرنه» و «کونون ساموسی» آشنا شد که هر 2 از روشنفکران برجسته شهر بودند. کونون منجم و ریاضی‌دان برجسته بود. از سوی دیگر، اراتوستن ریٔیس کتابخانه اسکندریه و دانشمندی بود که اولین‌ بار محیط زمین را حساب کرد. جزئیات روابط این 3 تن از نظر تاریخی ناشناخته است اما ارشمیدس به قدری اراتوستن را تحسین می‌کرد و قدردان آموزه‌های او بود که اثر خودش به نام «روش» (Method) را به او تقدیم کرد.

ارشمیدس و نجوم

مورخان باور دارند کنون و اراتوستن هر 2 در ریاضیات و نجوم بر ارشمیدس تأثیر بسیاری گذاشته‌اند. آنها گمان می‌کنند ارشمیدس آثار متعددی در زمینه نجوم نوشته است که نویسندگان نسل‌های بعدی به آنها اشاره کرده‌اند. اما به دلایل نامشخص، هیچ‌یک از این آثار باقی نمانده است. تنها اثر برجسته باقی‌مانده از ارشمیدس در زمینه نجوم «Sand-Reckoner» است. او در این کتاب می‌کوشد عالم را اندازه‌گیری کند. این عنوان ناشی از تلاش وی برای تعیین تعداد دانه‌های شن است که جهان را پر می‌کند. او برای این کار نیاز داشت بداند عالم چقدر بزرگ است. گفته می‌شود او چنان جذب فعالیت‌های فکری می‌شد که اغلب فراموش می‌کرد غذا بخورد!

این اثر بیشتر به‌خاطر تکیه بر مدل «heliocentric» یا «خورشید-مرکز» که ستا‌ره‌شناس «آریستارخوس ساموسی» -حدود ۲۳۰ سال پیش از میلاد- پیشنهاد داده بود، 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 همه‌چیز در عالم دور زمین می‌چرخد. این مدل در کتاب «فرضیه‌ها» ارایٔه شده است و جزئیات تاریخی تلاش‌های پیشین برای اندازه‌گیری ابعاد زمین، فاصله آن تا خورشید همچنین ماه را ذکر کرده است. کتاب Sand-Reckoner به‌دلیل توسعه روش ریاضیاتی نوین برای بیان اعداد بسیار بزرگ موردتوجه قرار گرفته است.

گفته می‌شود ارشمیدس در زمان مطالعات خود دستگاه‌های نجومی 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 دور زمین نمایش داده می‌شود؛ در ساخت این کره تصور می‌شود زمین در مرکز عالم قرار گرفته است. در ساخت این دستگاه از اصول «سازوکار آنتیکیترا» استفاده شده است.

سازوکار آنتیکیترا که «دستگاه آنتیکیترا» نیز شناخته می‌شود، به‌نوعی اولین کامپیوتر آنالوگ جهان است. این دستگاه که 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 اما 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 به کمک این دستگاه می‌توانستند زمان خسوف را نیز محاسبه کنند.

اختراعات ارشمیدس

ارشمیدس را می‌توان دانشمندی همه‌چیزدان دانست؛ زیرا فعالیت‌های او به رشته خاصی محدود نمی‌شود. او علاوه‌بر فعالیت در رشته‌های مختلف علوم ازجمله نجوم و ریاضیات، در صنعت نیز خوش درخشید و اختراعاتی داشت که امروزه نیز استفاده می‌شوند.

پیچ ارشمیدس

«پیچ ارشمیدس» در حقیقت برای کشیدن آب از سطح پایین‌تر به سطح بالاتر ساخته شده است. آن زمان از این پیچ برای برطرف‌کردن مشکل حذف آب از پایین‌ترین قسمت عرشه کشتی استفاده می‌شود و به علت کارایی خود در این زمینه‌ اختراعی ارزشمند به حساب می‌آمد.

نویسنده یونانی، «آتنایٔوس ازتاوکراتیس»، نقل می‌کند:‌ «هیرو دوم»، پادشاه وقت، از ارشمیدس خواست کشتی عظیمی برای او طراحی کند. طبق خواسته هیرو دوم این کشتی باید بزرگ‌تر از تمام کشتی‌های ساخته‌شده تا آن زمان باشد و کشتی لوکسی برای گشت‌وگذار یا حتی جنگ باشد.

ارشمیدس در ازای دریافت مبلغی این کشتی را طراحی کرد و دستور ساخت آن داده شد. این کشتی با نام «سیراکوزیا» معبدی زیبا، باغ‌های بزرگ، سالن ورزش، اتاق‌های اداری و امکانات رفاهی متعددی داشت و فضای کافی برای هزار و۹۰۰ 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 زیادی آب از بدنه به درون آن نشت می‌کرد.

پیچ ارشمیدس استوانه‌ای بود که تیغه‌ای شیاردار داشت و هنگام چرخش میل‌لنگ آن را به بالا می‌چرخاند. با قراردادن یک سطل در آب که با طناب به این سیستم متصل بود، آب از سطح در سطل جمع شده و به بالا کشیده می‌شد. این مکانیسم ساده هنوز هم در تعدادی از برنامه‌های کاربردی در سراسر جهان استفاده می‌شود.

کشتی سیراکوزیا فقط یک بار از سیراکوز به اسکندریه رفت و پس از آن به «بطلیموس سوم» هدیه داده شد و مشخص نیست چه اتفاقی برای این کشتی عظیم افتاد.

ماشین‌های جنگی

اختراع اهرم اغلب به ارشمیدس نسبت داده می‌شود اما مورخان عقیده دارند کاری که او انجام داد این بود که نحوه کار اهرم را توضیح داد و امکان استفاده دقیق‌تر از آن را فراهم کرد. او وسیله‌ دیگری برای اندازه‌گیری فاصله اختراع کرد که به‌نوعی می‌توان آن را «کیلومترشمار» 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 کرد.

طی این جنگ، سیراکوز ابتدا با روم متحد شد اما پس از مدتی برای حمایت از کارتاژ موضع خود را تغییر داد. روم سال ۲۱۴ پیش از میلاد با رویارویی با تجهیزات جنگی که ارشمیدس برای جنگجویان کشور خود فراهم کرده بود، شوکه شد.

علاوه‌بر 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 نابودی کشتی‌ها به کار گرفته شود. به نظر می‌رسد بیش از یک دستگاه از این وسیله به 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 محققان همچنان به این سؤال می‌پردازند که این وسیله چگونه کار می‌کند یا حتی چطور اختراع چنین چیزی به ذهن او رسیده است.

نام این دستگاه مستقیم در هیچ‌یک از آثار ارشمیدس نیامده است -فقط گفته شده تجهیزات و اختراعات جنگی او با پرتاب آتش کشتی‌های دشمن را نابود می‌کرد یا اینکه او چنین کاری را با شیشه‌های سوزان انجام می‌داد اما هیچ‌کدام توضیح نمی‌دهند این کار دقیقاً چگونه انجام می‌شد.

ابزارهای دفاعی ارشمیدس هرچه بود، 2 سال رومیان را مهار کرد تا اینکه دیوارهای بیرونی شهر را شکستند و زمانی که حواس مدافعان پرت مراسم مذهبی بود، به شهر هجوم آوردند. رهبر جنگجویان روم دستور داده بود ارشمیدس را زنده دستگیر کنند؛ زیرا به نظر می‌رسد وجود او برای شهر و کشور سودمند است؛ آنها ارشمیدس را به نوعی دارایی نظامی می‌دانستند.

سهم ارشمیدس در ریاضیات

ارشمیدس میان تمام فعالیت‌هایش، آثار ارزشمندی در ریاضیات نیز دارد که برخی از آنها هنوز نیز موجودند. اخیران مورخان موفق به اثبات یکی دیگر از آثار او شده‌اند: «روش قضایای مکانیکی» که به زبان یونانی اصلی نوشته شده است.

ازآنجاکه در قرون وسطی، کاغذ پوستی بسیار گران بود، دانشمندان و نویسندگان کتاب‌های پیشین را بازیافت می‌کردند و با جداکردن، خراشیدن و شستن آن‌ها مجدد از آن صفحات استفاده می‌کردند. در پشت این کتاب نیز 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 دایره را فرمول‌بندی کرد و ویژگی‌های مختلفی از اعداد را بیان کرد که در ترکیب با اعداد دیگر کاربرد دارند.

آنچه او در علم ریاضیات انجام می‌داد فقط به کار انتزاعی خلاصه نمی‌شد. او از محاسبات خود در ساخت‌ ماشین‌های جنگی بهره می‌برد.

اصل ارشمیدس

در برخی کتب تاریخی آمده است که ارشمیدس در ساخت کشتی از یک اصل هیدرواستاتیکی مهم بهره جسته است: وزن هر جسم شناور متناسب با میزان سیالی است که در اثر حضور جسم جابه‌جا می‌شود؛ بااین‌حساب، 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 درباره اجسام شناور -این دست‌نوشته‌ها هنوز موجود است- هرگز به سیراکوزیا اشاره نشده است اما او به برخی قوانین مهم که در این کشتی به کار برده شده، اشاره می‌کند.

از موضوعات دیگری که موردتوجه او بوده «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 فقط با مقداری از طلای داده‌شده ظاهر تاج را آبکاری کرده است.

او از ارشمیدس خواست روشی کشف کند تا بدون آسیب به تاج، از جنس آن مطمئن شود. گفته می‌شود ارشمیدس مدتی به این مسیٔله فکر کرد تا اینکه روزی وقتی از وان حمام بیرون می‌آمد، متوجه بالاآمدن آب در اثر جابه‌جایی بدنش شد و فهمید می‌توان از این اصل در تعیین جنس تاج استفاده کرد. گفته شده او ابتدا از این کشف چنان هیجان‌زده بود که بدون لباس بیرون دوید و داد می‌زد:‌ «یافتم!»

به‌این‌ترتیب، 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 خودش نگه داشته.

مرگ به سراغ او می‌آید!

به گفته مورخان، ارشمیدس ۲۱۲ سال پیش از میلاد دار فانی را وداع گفت. آنها باور دارند پس از هجوم رومیان به کشور و سلطه آنان، روزی ارشمیدس در ساحل مشغول محاسبات بود که سربازی رومی به او نزدیک می‌شود. ارشمیدس که غرق تفکر بود، فقط می‌گوید:‌ «روی نوشته‌های من قدم نگذار.» اما این آخرین سخنان او بوده است.

سرباز رومی که گویا او را نشناخته، با شمشیر سرش را از بدنش جدا می‌کند، البته برخی مورخان عقیده دارند سرباز رومی او را شناخت اما برای انتقام خون چندصد سرباز رومی کشته‌شده به‌دلیل اختراعات ارشمیدس تصمیم گرفت جان او را بگیرد.

مقبره ارشمیدس

پس از مرگ ارشمیدس، او را در فضایی زیبا در گوشه‌ای از قلعه به خاک سپردند. حدود 8 ماه بعد شهر کامل به تصرف رومی‌ها درآمد و مشخص نیست پس از تصرف قلعه، چه بر سر مقبره او آمده است. برخی مورخان عقیده دارند مقبره او بازسازی و مجسمه بزرگی از وی ساخته شد تا روی سنگ مزار او قرار بگیرد. این اتفاق ۲۱۲ سال پیش از میلاد مسیح افتاد و با گذشت چندین قرن هنوز ارشمیدس یکی از بزرگ‌ترین ریاضی‌دانان یا دست‌کم اندیشمندان بزرگ جهان شناخته می‌شود.

جمع‌بندی

ارشمیدس، ریاضی‌دان، فیزیک‌دان و مهندس یونانی، از برجسته‌ترین دانشمندان تاریخ است که در قرن سوم پیش از میلاد در شهر سیراکوز سیسیل به دنیا آمد. او بیشتر به‌دلیل اکتشافاتش در هندسه و مکانیک شناخته می‌شود. ارشمیدس درباره قوانین شناوری و حرکت اجسام در مایعات تحقیق و نظریه معروف خود به نام «قانون ارشمیدس» را مطرح کرد که به شناوری اجسام در مایعات اشاره دارد. وی همچنین با ابداع ابزارهایی همچون پیچ ارشمیدس و ماشین‌های جنگی، تأثیر زیادی بر توسعه تکنولوژی‌ در آن دوران داشت. علاوه‌بر فعالیت‌های علمی‌ در زمینه مکانیک و ریاضیات، ارشمیدس در هندسه نیز دستاوردهای بزرگی داشت. او روش‌هایی برای محاسبه مساحت و حجم اجسام پیچیده اختراع کرد و نظریه‌هایی ا درباره دایره، مخروط و کره ارائه داد. از دستاوردهای مهم او محاسبه تقریبی عدد پی و کشف رابطه حجم کره و حجم استوانه‌ای است که آن را احاطه کرده است. ارشمیدس با ابداع و توسعه اصول علمی‌اش، پایه‌گذار بسیاری از نظریات و روش‌های ریاضی و فیزیکی در دوران‌های بعدی شد.

سؤالات رایج درباره ارشمیدس