math4school.okis.ru

 

ок. 100–ок. 178

 

Непреходящее значение теории Птолемея состоит в том, что она убедительно продемонстрировала мощь математики в рациональном осмыслении сложных и даже таинственных физических явлений.

Моррис Клайн

 

Клавдий Птолемей (около 100 – около 178) – древнегреческий астроном, астролог, математик, механик, оптик, теоретик музыки и географ. Один из наиболее выдающихся ученых древности. Один из прародителей тригонометрии.

Клавдий Птолемей – одна из крупнейших фигур в науке позднего эллинизма. В астрономии Птолемею не было равных на протяжении целого тысячелетия – от Гиппарха Никейского (II век до н.э.), величайшего астронома античности до Аль-Бируни (X–XI века н.э.), великого учёного из Хорезма, автора многочисленных капитальных трудов по истории, географии, филологии, астрономии, математике, механике, геодезии, минералогии, фармакологии, геологии.

История довольно странным образом обошлась с личностью и трудами Птолемея. О его жизни и деятельности нет никаких упоминаний у современных ему авторов. В исторических работах первых веков нашей эры Клавдий Птолемей иногда связывался с Птолемеями, династией правителей Египта, но современные историки полагают это ошибкой, возникшей из-за совпадения имён (имя Птолемей было популярным на территории бывшего царства Лагидов). Римское родовое имя Клавдий (Claudius) показывает, что Птолемей был римским гражданином, и предки его получили римское гражданство, скорее всего, от императора Клавдия.

Нет никаких доказательств того, что Птолемей жил и бывал где-либо, кроме Александрии. С большой степенью вероятности можно сказать, что Птолемей был римским гражданином, греческого происхождения, жившим в Египте.

Наиболее громкую славу Клавдию Птолемею принесли астрономические произведения, в их числе, прежде всего «Математическая система» (Mathematike syntaksis) в 13 книгах, позднее называемая «Великой системой» (Megale syntaksis), откуда в арабском языке посредством добавления артикля al получилось название «Альмагест», под которым произведение Птолемея повсюду известно. Этот труд стал итогом развития античной небесной механики и содержала практически полное собрание астрономических знаний Греции и Ближнего Востока того времени.

В «Альмагесте» Птолемей, используя работы своих предшественников (в основном Гиппарха Никейского и Аполлония Пергского), не только собрал воедино все астрономические знания античности, которые обогатил собственными наблюдениями (произведенными в 127 – 141 годах), но дал первое систематическое изложение математической астрономии. Книги I и II представляют геоцентрическую систему, книги IV–VI содержат лунную теорию, книги VII–VIII рассказывают о звездах, остальные книги посвящены теории движения планет.

В этом труде Птолемей проявил себя как умелый механик, поскольку сумел представить неравномерные движения небесных светил в виде комбинации нескольких равномерных движений по окружностям (эпициклы, деференты, экванты).

«Альмагест» также содержал каталог звёздного неба. Список из 48 созвездий не покрывал полностью небесной сферы: там были только те звёзды, которые Птолемей мог видеть, находясь в Александрии.

Это величайшее произведение Птолемея комментировали Папп, Феон, Ипатия, Прокл. Его рано перевели на арабский язык (первый перевод датируется VIII–IX веками), в этом варианте оно пришло в средневековую Европу, где многократно переводилась на латынь.

Система Птолемея была практически общепринятой в западном и арабском мире – до создания гелиоцентрической системы Николая Коперника.

О теории планет Птолемей писал также в поздней работе «Гипотезы планет» (Hypotheseis ton planomenon), частично сохранившейся в арабском переводе.

Спорным является вопрос о соотношении работ Птолемея с работами более ранних авторов. Существует предположение, что звёздный каталог Птолемея был уточнённой версией каталога, созданного ранее Гиппархом. В пользу этой версии говорит то, что, согласно исследованиям современных историков астрономии, все перечисленные в каталоге 1022 звезды могли наблюдаться Гиппархом на широте Родоса, 36° северной широты, но каталог не содержит ни одной звезды, которая могла быть видна в более южной Александрии, 31° северной широты, но не наблюдалась на Родосе.

Американский физик, специалист по небесной механике и истории астрономии Роберт Ньютон в нашумевшей книге «Преступление Клавдия Птолемея» (1977) прямо обвинил учёного в фальсификациях и плагиате. Расчёты, проделанные российскими астрономами, Ю.Н. Ефремовым, и Е.К. Павловской, просчитавшими собственные движения всех звёзд «Альмагеста», показали, что они наблюдались главным образом во II веке до нашей эры. То есть Птолемей, действительно использовал каталог Гиппарха, пересчитав его на свою эпоху с систематической ошибкой в прецессии (возникшей от того, что он принимал прецессию равной 1 градусу в 100 лет, а не в 72 года). В результате данные о положении звёзд оказались приведёнными на 60 год н.э., а вовсе не на 137 год н.э., как утверждает сам Птолемей. Однако современные учёные не склонны ставить это в вину Птолемею и вслед за Ньютоном обвинять его в плагиате, указывая, что он нигде не называет себя автором наблюдений, его работа – справочник, а в справочниках и в наше время авторы материала не указываются.

Птолемей вёл и собственные наблюдения звёзд; их он наблюдал с помощью изобретённого им «астролябона» – комбинации армиллярных сфер (впоследствии – астролябия). Ему же принадлежит изобретение «трикветрума» – тройной рейки, ставшего прообразом стенного круга (квадранта).

Птолемею принадлежат две геометрические теоремы, описывающие некоторые свойства диагоналей четырёхугольника, вписанного в окружность, 

и носящие его имя:

Первая теорема Птолемея. Выпуклый четырёхугольник тогда и только тогда является вписанным, когда выполняется равенство:

Вторая теорема Птолемея. Выпуклый четырёхугольник тогда и только тогда является вписанным, когда выполняется равенство:

 

Исходя из этих теорем, Птолемей определил хорды дуг в 1,5° и 0,75° и приближённо вычислил по ним хорду дуги в 1°. При этом он основывался на установленной им теореме, согласно которой отношение большей хорды к меньшей менее отношения стягиваемых ими дуг.

Птолемей составил таблицу хорд, соответствующих дугам от 0° до 180° с шагом в 0,5° (что эквивалентно таблице синусов от 0° до 90° через каждые четверть градуса, то есть 15'). Так же ввёл деление градуса на минуты и секунды.

Американский историк математики Моррис Клайн:

Высшим достижением александрийцев стало создание Гиппархом и Птолемеем количественной астрономии – геоцентрической системы мира, позволившей человеку предсказывать движение планет, Солнца и Луны. Для построения своей количественной теории Гиппарх и Птолемей разработали тригонометрию – область математики, занимающуюся вычислением одних элементов треугольника по данным о других его элементах. Так как подход Птолемея к построению тригонометрии отличался от принятого в то время, ему пришлось вычислять длины хорд окружности. Хотя для получения основных результатов об отношениях длин одних хорд к длинам других Птолемей использовал дедуктивно-геометрический метод, в процессе вычислений длин хорд (а именно они и были конечной целью расчетов) он широко применял арифметику и зачатки алгебры. Длины большинства хорд выражались иррациональными числами. Птолемей довольствовался получением рациональных приближений нужных ему величин, но в ходе вычислений, не колеблясь, употреблял и иррациональные числа.

В трактате Оптика (пять книг) Птолемей экспериментально исследовал отражения и преломления света на границе воздух – вода и воздух – стекло, после чего предложил свой закон преломления, приближённо выполняющийся лишь для малых углов. Птолемей приводит здесь выводы Архимеда и Герона, но вопрос о преломлении света в большей степени решает по-новому. Указал на влияние рефракции на астрономические наблюдения, составив таблицы для её учёта. Впервые верно объяснил кажущееся увеличение Солнца и Луны на горизонте как психологический эффект.

Не менее популярным, чем «Альмагест» долгое время было астрологическое произведение Птолемея «Четверокнижие» (Tetrabiblos), систематизировавшее все имеющиеся данные и теории о влиянии планет и звезд на жизнь людей и различные события, происходящие на Земле. В эту книгу Птолемей внёс итог своих статистических наблюдений о продолжительности жизни людей: так, пожилым считался человек в возрасте от 56 до 68 лет, только после чего наступала старость.

В «Четверокнижии» – помимо собственно астрологического материала – Птолемей впервые высказал глубокую философскую идею несоизмеримости небесных движений и, следовательно, невозможности полного повторения событий, как считали пифагорейцы. Эти идеи Птолемея фактически подрывали идеи круговорота, давая пищу для нового переосмысления окружающей Вселенной.

«Четверокнижие» комментировали Порфирий и Прокл, много раз переводили, в том числе и на новоевропейские языки.

В своем главном географическом произведении «Руководство по географии» (Geographike hyphegesis) в 8 книгах он рассматривает эту дисциплину как науку об изображении Земли при помощи рисунков (так ближе всего к оригиналу можно перевести название труда), в основе которой лежат астрономия и математика. Можно сказать, что Птолемей заложил основы математической географии и картографии. Чтобы облегчить составление карт, Птолемей составил таблицы географических широт и долгот примерно 8100 наиболее известных местностей, гор и рек от Скандинавии до Египта и от Атлантики до Индокитая. Более подробно, чем его предшественники, он описал Британию и страны к югу от Балтики. Составил 27 карт земной поверхности. При всей неточности этих сведений и карт (составлявшихся главным образом по рассказам путешественников), они впервые показали обширность населённых областей Земли и их связь между собой.

Это произведение явилось высшим достижением античной географии, подведением ее итогов. Птолемей опирался на исследования Эратосфена, Гиппарха, Посидония, Страбона, а прежде всего на Марина Тирского (греческий географ I–II веков н.э.).

Географический трактат Птолемея на протяжении 14 столетий был не только базовым пособием по географии, но источником развития картографии нового времени.

В трактате «Гармоника» (Harmonika) Птолемей представил законченную теорию звуковысотной системы (гармонии) в современной ему музыке – от детальной систематики видов звучания, интервалов, видов консонанса до полноценной (единственной полной в античной науке) теории лада. Ценнейший комментарий к первым главам «Гармоники» Птолемея написал Порфирий.

Именем Птолемея названы:

• кратер на Луне
• кратер на Марсе
• звёздное скопление.

Имя Птолемея носят следующие математические объекты:

• теорема Птолемея (о произведении диагоналей четырёхугольника, вписанного в окружность)
• теорема Птолемея (об отношении диагоналей четырёхугольника, вписанного в окружность)
• неравенство Птолемея.

 

По материалам Википедии и сайтов: ancientrome.ru и www.math.ru.