Иван Рожанский - Античная наука

Другим важнейшим вкладом Евдокса в математику была разработка так называемого «метода исчерпывания», заложившего основы теории пределов и подготовившего почву для позднейшего развития математического анализа. В основе «метода исчерпывания» лежит следующее положение: если от какой-либо величины отнять половину или более, затем ту же операцию проделать с остатком, и так поступать дальше и дальше, то через конечное число действий можно дойти до такой величины, которая будет меньше любого наперед заданного числа. С помощью этого метода Евдокс впервые строго доказал, что площади двух кругов относятся как квадраты их диаметров (само это положение было известно еще Гиппократу Хиосскому); далее, что объем пирамиды равен 1/3 объема призмы с теми же основанием и высотой и что объем конуса равен 1/3 объема цилиндра с теми же основаниями и высотой. Два последних положения, как мы видели выше, древние приписывали Демокриту, который, однако, не дал им строгого обоснования. В дальнейшем «метод исчерпывания» был развит Архимедом. В «Началах» Евклида он изложен в XII книге.

Для истории астрономии значение Евдокса было, пожалуй еще более значительным. Фактически его можно считать создателем античной теоретической астрономии как самостоятельной науки, ни в какой степени не зависевшей от космологических спекуляций досократиков.

Любопытно, что подлинное величие Евдокса-астронома было оценено историками науки лишь в XIX в. Это объяснялось в первую очередь тем, что все сочинения Евдокса оказались безнадежно утерянными, а свидетельства древних авторов (например, комментатора Аристотеля Симпликия), в которых сообщалось о его достижениях, страдали отрывочностью и нечеткостью. В результате исследований, проводившихся учеными на протяжении нескольких поколений, выдающийся итальянский астроном Д. В. Скиапарелли (1835—1910) смог дать реконструкцию теории Евдокса, которая до сих пор принимается большинством историков астрономии. В настоящее время астрономическая теория Евдокса предстаёт перед нами примерно в следующем виде.

Существует предание, что инициатором создания теории Евдокса был Платон. Уже с давних времен среди греческих мыслителей господствовало убеждение, что космос должен иметь сферическую форму. Это убеждение подкреплялось широко распространенным мнением, что наиболее совершенным геометрическим телом является сфера (шар), подобно тому как наиболее совершенной плоской геометрической фигурой считался круг. По этим причинам казалось вполне естественным предположить, что в сферическом космосе все небесные тела движутся по круговым орбитам. Это предположение, однако, оказывалось непосредственно справедливым лишь для неподвижных звезд. Уже орбиты Солнца и Луны обнаруживали существенные отклонения от строго круговой формы, а что касается планет, то их движения относительно неподвижных звезд состояли из ряда прямых и обратных перемещений, причем их видимые траектории описывали на небесном своде причудливые завитки и петли. И вот Платон будто бы поставил перед своими учениками задачу — представить движения небесных тел в виде комбинаций равномерных круговых движений. Эта задача была блестяще решена Евдоксом.

Предложенная Евдоксом модель космоса состояла из двадцати семи равномерно вращающихся вокруг Земли гомоцентрических сфер, т. е. таких сфер, центры которых совпадают, но оси которых могут, вообще говоря, иметь различное направление. Одной из этих сфер была сфера неподвижных звезд, совершавшая за одни сутки полный оборот вокруг оси, проходившей через полюса Земли. Плоскость экватора этой сферы совпадала с плоскостью земного экватора. Остальные двадцать шесть сфер были распределены между прочими небесными телами: Солнцу и Луне были приданы по три сферы, а пяти планетам — по четыре.

Рассмотрим теперь, как с помощью трех вращающихся сфер объяснялись видимые перемещения Солнца. Вращение первой из этих сфер совпадало с вращением сферы неподвижных звезд; с его помощью описывалось суточное движение Солнца. Вторая сфера описывала годовое движение Солнца по эклиптике. Ось этой сферы была жестко связана с двумя противоположными точками первой сферы и имела наклон по отношению к оси первой сферы (и, следовательно, по отношению к земной оси), примерно равный 24°; заметим, впрочем, что в эпоху Евдокса греки еще не пользовались делением круга на 360 градусов — это деление было заимствовано ими позднее у вавилонян. Экватор второй сферы, совпадавший с плоскостью эклиптики, проходил через пояс зодиакальных созвездий. Вторая сфера совершала вращательное движение вокруг своей оси с запада на восток, т. е. в направлении, противоположном вращению первой сферы; период вращения второй сферы был равен одному году. Максимальное и минимальное удаление Солнца от небесного экватора совпадало с моментами летнего и соответственно зимнего солнцестояния; точкам пересечения эклиптики с экватором соответствовали моменты весеннего и осеннего равноденствия. Третья сфера, к экватору которой, собственно, и было прикреплено Солнце, имела ось, жестко связанную с двумя противоположными точками второй сферы и наклоненную под небольшим углом к оси этой последней. Третья сфера совершала очень медленное вращение в том же направлении, в котором вращалась и вторая сфера, т. е. с запада на восток. По словам Симпликия, введение третьей сферы потребовалось для объяснения того, что в дни весеннего и зимнего солнцестояния Солнце якобы восходит не всегда в одной и той же точке.

Аналогичным образом описывалось и движение Лупы. Первая лунная сфера соответствовала суточному вращению небесного свода с востока на запад; ее полюса совпадали с полюсами сферы неподвижных звезд. Вторая сфера, экватор которой (как и в случае Солнца) совпадал с плоскостью эклиптики, служила для объяснения движения Луны вдоль пояса зодиакальных созвездий с запада на восток; период ее вращения был равен одному лунному месяцу. Третья сфера, несшая Луну на своем экваторе, была введена в связи с тем обстоятельством, что орбита Луны не совпадает с эклиптикой, а находится то выше нее, то ниже. Ось этой сферы была жестко связана с двумя точками второй сферы и имела наклон по отношению к оси последней (причем этот наклон, по утверждению Симпликия, значительно превышал угол между осями второй и третьей сфер в случае Солнца). О периоде вращения этой сферы в дошедших до нас источниках ничего не сообщается; как и в случае третьей — солнечной сферы,— Симпликий характеризует ее вращение эпитетом «медленное».

Приведенная реконструкция несколько отличается от реконструкции Скиапарелли; однако она вполне соответствует свидетельствам древних авторов, писавших об Евдоксе.