Клавдий Птолемей связан не только с развитием астрономии и географии, но и с работами в области оптики, физики и теории музыки. В пяти книгах по оптике излагается теория и природа зрения и преломления лучей. Материал книги включает информацию о зеркалах, свойствах света и оптических иллюзиях.
ПТОЛЕМЕЙ, КЛАВДИЙ
Птолемей, Клавдий (лат. Claudius Ptolemaeus) (расцвет 127-148), знаменитый астроном и географ древности, благодаря усилиям которого геоцентрическая система Вселенной (часто называемая системой Птолемея) приобрела окончательную форму. О происхождении, месте и датах рождения и смерти Птолемея ничего не известно. Даты 127-148 гг. основаны на наблюдениях, сделанных Птолемеем в Александрии и ее окрестностях. Его звездный каталог, часть астрономического труда «Альмагест», датируется 137 г. Все остальные сведения о жизни Птолемея получены из более поздних источников и весьма сомнительны. Есть сведения, что он был еще жив во время правления Марка Аврелия (161-180) и умер в возрасте 79 лет. Это позволяет предположить, что он родился ближе к концу I века. Самые известные труды Птолемея — «Альмагестис» и «География», которые представляют собой высшее достижение античной науки в области астрономии и географии. Работа Птолемея считалась настолько совершенной, что она доминировала в науке на протяжении 1400 лет. За это время в географии не было сделано почти никаких серьезных изменений, а все достижения арабских астрономов ограничились, по сути, незначительными усовершенствованиями «Альмагеста». Хотя Птолемей был самым почитаемым авторитетом во всех древних науках, его нельзя назвать блестящим математиком, астрономом или географом. Его даром была способность объединять результаты исследований своих предшественников, использовать их для проверки собственных наблюдений и представлять все это вместе как логичную и интегрированную систему в ясной и недвусмысленной форме. Прекрасные справочные работы, которые он создавал, поддерживали достаточно высокий уровень знаний по соответствующим предметам. Можно сказать, что современная эпоха научных исследований в этих областях началась со свержения авторитета «Альмагеста» и «Географии».
Название состоит из арабского определенного артикля и греческого слова «мегисте», означающего «величайший» (что означает «синтаксис», система, так как первоначальное название работы было Mathematica suentaxis, то есть «Математическая система»). Эта работа закрепила многовековые усилия греческих астрономов объяснить сложное движение небесных тел. Она состоит из 13 книг, в которых все астрономические знания того времени не только описаны, но и проанализированы.
Книги I и II «Альмагеста» служат введением, описывая основные астрономические предположения Птолемея и его математические методы. В ней содержатся его доказательства шарообразной формы Земли и неба, а также центрального положения Земли во Вселенной. Птолемей считал, что Земля неподвижна, а небо каждый день вращается вокруг небесной оси. В книге I есть таблица хорд для дуг, показывающая углы от 1 /2до 180 градусов с шагом в 1 /2°, — эквивалент таблицы синусов для половинных углов. Идея таблицы происходит из утерянной работы греческого астронома Гиппарха (ок. 190 — после 126 г. до н.э.) и стала отправной точкой для дальнейшего развития тригонометрии. Книга II содержит методы математической географии, такие как определение самого длинного дня в году для данной широты и определение широт («климатических зон») в обитаемых зонах Земли на основе данных о продолжительности самого длинного дня в этих зонах.
В книгах III и IV он исследует движение солнца и луны. Птолемей принимает теорию Гиппарха, чтобы объяснить аномалии в движении Солнца (которые на самом деле обусловлены эллиптичностью орбиты Земли) с помощью гипотезы эпициклов и эксцентриситета. Теория Птолемея о движении Луны гораздо сложнее. Согласно ей, Луна движется по эпициклу, центр которого перемещается с запада на восток по расходящемуся эксцентриситету. Центр отражателя, в свою очередь, вращается по орбите Земли с востока на запад, при этом весь механизм лежит в плоскости видимого движения Луны. Для наблюдателя на Земле противоположные движения эпицентра и вторичного центра смещены друг относительно друга относительно линии, соединяющей Землю и Солнце. Таким образом, эпицентр находится в апогее эксцентрика в новолуние и полнолуние, а в перигее — в первую и последнюю четверти. Эта система успешно преодолела главный недостаток теории лунной орбиты Гиппарха и учла периодическое «колебание» лунного апогея, позже названное эджектом, которое Птолемей почти правильно понял.
География.
География Птолемея занимала в их области знаний такое же место, как «Альмагест» в астрономии. Этот труд считался полным изложением предмета и практически непогрешимым, так что теоретическая география рабски следовала ему вплоть до эпохи Возрождения. Однако как научный трактат география, несомненно, уступает «Альмагесту». Даже если «Альмагест» несовершенен с точки зрения астрономии, он интересен с точки зрения математики. В географии, однако, достижения в теории сопровождаются серьезными недостатками в применении. Птолемей начинает с четкого изложения методов картографии — определения астрономической широты и долготы места и способов построения сферических поверхностей на плоскости. Затем он переходит к основной части своего трактата, которая основана на приблизительных расчетах мореплавателей и исследователей. Хотя Птолемей излагает свой предмет в математических терминах, работа содержит впечатляющий список из более чем 8000 географических названий — городов, островов, гор, устьев рек и т. д. — было бы ошибкой рассматривать эту работу как научное исследование. Именно потому, что теоретические аспекты картографии представлены в этой книге удовлетворительно, даже для современного учебника начальной школы, мы можем быть уверены, что Птолемей знал, что в его время фактические координаты мест еще не были точно определены.
В первой книге «Географии» Птолемей обсуждает надежность определения относительного положения земных ориентиров астрономическими методами и путем измерения расстояний до поверхности и оценки пройденных расстояний. Он признает, что астрономические методы более надежны, но указывает, что для большинства мест нет никаких данных, кроме расчетов путешественников. Птолемей считает, что перекрестная проверка земного и астрономического методов является наиболее надежной. Затем он дает четкие инструкции по построению карты мира на сфере (что очень похоже на современный глобус), а также на плоской поверхности с использованием конической проекции или улучшенной сферической проекции. Остальные семь книг почти полностью состоят из перечня географических названий и их географических координат.
Поскольку большинство данных получено от путешественников (ок. 120 г. н.э.), атлас Птолемея содержит много ошибок. Почти правильное значение окружности Земли, рассчитанное Эратосфеном, было занижено Посейдоном более чем на четверть, и это заниженное значение было принято Птолемеем. Первый меридиан Птолемея проходит через Канарские острова. Из-за преувеличенных путешественниками размеров Азии известный тогда мир простирался на 180° (в действительности 130°). На 180-м меридиане его карты находился Китай — огромный массив суши, простирающийся от вершины карты до экватора. Из этого он сделал вывод, что неизвестная часть азиатского континента простиралась еще дальше, а именно до того места, где сегодня изображен Тихий океан. Это был классический взгляд Птолемея, сохранявшийся на протяжении веков, согласно которому Земля представляла собой шар, уменьшенный до четверти своего реального размера и покрытый сушей, занимающей две трети Северного полушария. Эта идея привела Христофора Колумба к мысли, что к Индии следует приближаться, двигаясь на запад. Птолемей составил атлас из 27 карт: 10 региональных карт Европы, 4 карты Африки, 12 карт Азии и сводная карта известного мира. Книга стала настолько влиятельной, что даже спустя столетие после путешествий Христофора Колумба и Магеллана, которые перевернули центральные постулаты географии, карты, основанные на Птолемее, все еще публиковались. Некоторые из его заблуждений настойчиво повторялись в картах XVII и XVIII веков, а что касается внутренней Африки, то его карта все еще использовалась в XIX веке.
Другие работы.
Многогранность Птолемея и его удивительный талант к ясному и лаконичному изложению проявились и в других трактатах, например, по оптике и музыке. Работа по оптике сохранилась только в латинском переводе с арабского и в переводе с утраченного греческого оригинала. Она состоит из пяти книг, из которых первая книга и конец пятой книги утрачены. Книги III и IV посвящены отражению света. Птолемей прибег к измерениям, чтобы доказать, что угол падения равен углу отражения. Книга V посвящена преломлению света. Он описывает эксперименты по преломлению света в воде и стекле под разными углами падения и пытается применить эти результаты в астрономии, чтобы оценить степень преломления света от звезды через атмосферу Земли. Трактат Птолемея является наиболее полным трудом по зеркалам и оптике, дошедшим до нас от античности.
Гармоника Птолемея заслужила репутацию самого научного и лучше всего написанного трактата по теории музыкальной гармонии, сохранившегося на греческом языке. Это второй по значимости трактат по античной музыке после трудов Аристотеля (вторая половина IV века до н.э.). Однако работа Птолемея имеет более практическую направленность. Среди других работ Птолемея — трактат по астрологии «Апофемелия» в четырех книгах, обычно называемый «Тетрабиблос». Этот труд стал таким же авторитетом в своей области, как «Альмагест» в своей.
