En tynd røntgenstråle scanner skrifterne fra den legendariske græske videnskabsmand og matematiker Archimedes, en skjult tekst, der muligvis er det vigtigste antikke videnskabelige dokument opdaget siden renæssancen. Når svage linjer dukker op på en stor computerskærm ved Stanfords Synchrotron Strålingslaboratorium, kan jeg næppe skjule det spøgelsesrige billede af det græske bogstav lambda.
Som Webcast-producent for Exploratorium-videnskabsmuseet i San Francisco har jeg dokumenteret denne eksperimentelle brug af et af de mest sofistikerede værktøjer i moderne videnskab til at dechiffrere en 1.000 år gammel bog lavet af gedeskind. Kendt som Archimedes Palimpsest, kaldet Archie for kort, ser den meget skrøbelige ud. Kanterne på de fleste af bogens 174 sider er brændt, og tårer, huller og pletter af lilla skimmel prikker deres overflade. Pergamentet er mindre, end jeg troede, det ville være, ikke meget større end en hardbackroman.
Jeg vil blot gawk, men brummen fra maskiner minder mig om, at jeg har et arbejde at gøre. Da jeg har tilbragt så meget tid omkring Archie, har billeddannelsesteamet givet mig jobbet med skiftvejleder i eftermiddag. Jeg kontrollerer røntgenscannens intensitet, noterer tidspunktet og registrerer temperaturen og fugtigheden fra miljøskærme i nærheden af dokumentet. På siderne er den eneste kendte overlevende fortegnelse over to af Archimedes 'værker, og den eneste version af en anden i den originale græske. Derudover er der 14 sider med sjældne kommentarer til Aristoteles afhandling om kategoriseringens logik og yderligere 10 sider, der optager to tidligere ukendte taler fra Hyperides, en athensk orator og politiker fra det fjerde århundrede f.Kr. De fleste af disse er usynlige for det blotte øje - De er blevet tilsløret af skimmel, skrevet over af en middelalderlig præst eller næsten ødelagt af en moderne forfalskning, som ikke anerkendte eller var interesseret i deres sande værdi.
Archimedes er måske bedst kendt for at rejse sig fra sit bad og løbe nøgent gennem gaderne i Syracuse, en græsk bystat på det, der nu er øen Sicilien, og råbe "Eureka." ("Jeg har fundet det.") Ifølge legenden - og det er sandsynligvis legende end kendsgerning - havde matematikeren fra det tredje århundrede netop opdaget, at han delvist kunne bestemme renheden af guld ved at måle mængden af vand, den fortrænger. Archimedes blev fejret i sin egen tid såvel som vores for hans praktiske anvendelser af matematik og fysik. Skruen, som han opfandt, bevæger sig stadig vand op ad bakke, og katapulterne og andre våben, han designede, forsvarede Syracuse fra romerske angribere. (Syracuse faldt til sidst under den romerske belejring, og Archimedes blev dræbt af en fjendtlig soldat i en alder af 75 - angiveligt efter at have tegnet geometriske figurer i sandet og snappet: "Forstyrr ikke mine cirkler!") Han anslåede også værdien af pi. "Archimedes var den største matematiker i den antikke verden, " siger William Noel, en kurator af gamle manuskripter på Walters Art Museum i Baltimore og den person, der var mest ansvarlig for pleje og læsning af palimpsesten. "Han var den første videnskabsmand, der anvendte abstrakte matematiske principper på verden omkring ham."
Archimedes skrev sine afhandlinger på papyrusruller, hvis originaler er gået tabt. Men hans værker blev trofast kopieret af generationer af skriftlærde og skabte spranget på bundet gedehudsparkament en eller anden gang sent i det femte århundrede, sandsynligvis i Konstantinopel. Denne bys store biblioteker blev fyret af korsfarere i 1204, men et pergament, der var bundet i 900'erne, overlevede på en eller anden måde og blev udskilt til et kristent kloster nær Bethlehem. I 1229 fjernede en græsk præst, der havde brug for pergament til en bønebog Archimedes-manuskriptet, skrabet og skyllet siderne og kopieret liturgisk tekst oven på Archimedes 'skrifter i en proces, der kaldes palimpsesting (fra det græske ord palimpsestos, der betyder " skrabes igen "). Forbløffende som det ser ud nu, ville den originale tekst sandsynligvis ikke have overlevet, hvis den skriftlærde ikke havde genanvendt den, og efterfølgende munke havde ikke bevaret bønbogen - uvidende om hvad der lå under skrifterne.
Disse Archimedes-traktater blev i det væsentlige tabt til historien indtil 1906, da en dansk klassikervidstager, Johan Ludwig Heiberg, opdagede det tusind år gamle manuskript på et bibliotek i et græsk-ortodoks kloster i Konstantinopel. Heiberg erkendte, at de svage skrifter under bønnerne kom fra Archimedes sind. Heiberg fik lov til at fotografere mange af siderne, og han offentliggjorde videnskabelige artikler om de skrifter, han var i stand til at tyde. Men Heiberg kunne ikke læse nogle sider, og han ignorerede diagrammerne. Derefter, en gang efter første verdenskrig, forsvandt palimpsesten igen, fjernet fra biblioteket under mystiske omstændigheder - muligvis stjålet fra klosteret - og antages at have været i hænderne på en fransk familie i store dele af det 20. århundrede. Det dukkede op igen i 1998, da en anonym privat samler i USA købte dokumentet på auktion for $ 2 millioner.
Palimpsest var måske forblevet ude af offentlighed - og hænderne på lærde - havde Walters Art Museums Noel ikke formået at kontakte den nye ejer gennem den sælgende agent og anmode om adgang til den. Til kuratorens glade overraskelse leverede ejeren (som forbliver anonym) det personligt til Noel og hans kolleger til bevarelse og undersøgelse i Walters.
Palimpsest var forværret markant i århundredet, siden Heiberg først undersøgte det i Tyrkiet. Fugtighed havde ansporet væksten af skimmel, og der var endnu flere huller i siderne end før. Værst af alt var fire af dem blevet dækket med malerier af guldblad. Tilsyneladende i et vildledt forsøg på at gøre bogen mere værdifuld, havde en tidligere ejer brugt palimpsest-sider til at fremstille et belyst byzantinsk manuskript.
Den 1000 år gamle Archimedes Palimpsest blev taget fra hinanden, renset, stabiliseret og analyseret. (George Steinmetz) Før de kunne begynde at dechiffrere Archies hemmeligheder, begyndte Walters 'konservatorer, ledet af Abigail Quandt, det omhyggelige job med at standse skaden. Det tog fire år at tage bogen fra hinanden og rense den. I mellemtiden brugte ultraviolet lys og forskellige teknikker til at forbedre billederne forskere fra Johns Hopkins University, Rochester Institute of Technology og andre institutioner omkring 80 procent af manuskriptet. Ifølge Reviel Netz, en professor i klassikere ved Stanford University, føjede dette arbejde væsentligt til Heibergs indsats.
Dokumentets vigtigste afhandling kaldes "The Method of Mechanical Theorems." I det bruger Archimedes den måde, et objekt kan afbalanceres for at udlede dets geometriske og fysiske egenskaber. Endnu vigtigere er metodens beskrivelse af uendelighed, et begreb, der længe betragtes som for problematisk til antikke græske matematikere til at forstå. Vores moderne forståelse af den blev raffineret af Issac Newton og Gottfried Wilhelm von Leibniz, da de uafhængigt opfandt beregningen. Fra palimpsest ved videnskabsmænd nu, at uendelighed blev forstået af Archimedes 20 århundreder tidligere.
En anden unik tekst er "Mag", uden tvivl den første afhandling om kombinatorik, matematikens gren, der beskæftiger sig med organiseringen af elementer i sæt. I denne passage beskriver Archimedes et puslespil, hvor en firkant er skåret i 14 uregelmæssige stykker. Puslespilets løsning ligger i at bestemme antallet af måder, hvorpå brikkerne kan arrangeres tilbage i en firkant. Det vides ikke, om Archimedes løste puslespillet - disse sider er gået tabt - men moderne matematikere har bestemt svaret: 17, 152.
Noels Walters kunstmuseumsteam dechiffrer det meste af palimpsesten, men kunne ikke læse igennem forgerens guldbladmaleri. Det var her Stanford Synchrotron Radiation Lab (SSRL) kom ind på billedet. Laboratoriet genererer røntgenstråler fra kraftige stråler af elektroner, der kører rundt om en ring på 260 fod i diameter i den vinduesfri, doughnutformede bygning med næsten lysets hastighed. For et par år siden, mens jeg arbejdede med et ikke-relateret Exploratorium-projekt, fik jeg en rundvisning i SSRL, da Uwe Bergmann, en tyskfødt fysiker, stoppede min gruppe i den buede gang. Han fortalte os, at han arbejdede på et eksperiment, der involverede at udsætte farvet pergament til SSRLs røntgenstråle. Bergmann havde læst om palimpsesten i et tysk magasin og havde udledt, at SSRL ville være i stand til at forestille jern i blækket under guldmalerierne. Eksperimentet Bergmann viste mig den dag havde overbevist ham om, at hans teknik kunne arbejde på pergament - og han sprang praktisk talt op og ned i spænding.
For at afsløre det skjulte blæk trækker røntgenstråler, der ikke danner en bjælke tykkere end et menneskehår, farve på pergamentet. Deres energi får visse elementer i blækket til at fluorescere eller glødes. Detektorer henter hvert elements karakteristiske bølgelængde af fluorescens, og en computer konverterer dataene til computerbilleder. "Røntgenstrålene er ligeglade med elementet på pergamentet, " siger Bergmann. "Du kan observere jernet i blækket, uanset hvad der er over eller under det."
I de sidste to år har SSRLs billeddannelseseksperimenter givet nogle spændende nye resultater, herunder underskriften af den skriftlærde, der først kopierede de liturgiske tekster og den dato, hvor han gjorde det (Ioannes Myronas, 29. april 1229).
Nu er vi ved slutningen af den ti-dages løb. Vi har scannet en af de mest vanskelige sider i bogen, introduktionen til Archimedes '"Metode til mekaniske sætninger", som er dækket af en guldbladforfalskning af en siddende helgen. Et diagram på siden indeholder kritiske oplysninger om, hvordan Archimedes tænkte på geometriske bevis, information Heiberg ignorerede. Dette er den anden kørsel på denne side; for at udtrække mere svage streger fra under maleriet, er detektorerne blevet afstemt til at forestille calcium, snarere end jern.
Vi har allerede haft en vis succes. Stanfords Reviel Netz fortalte os tidligere i ugen, at han var i stand til at se tydeligt for første gang et af etiketterne til en tegning, der ledsager Archimedes '"Metode til mekaniske sætninger." Etiketten, siger Netz, besluttede en langvarig konflikt blandt lærde om, hvad de anså for en fejl i diagrammet.
Efter Stanford bliver palimpsesten håndbåret af konservator Abigail Quandt tilbage til Walters Art Museum i Baltimore, hvor det vil gennemgå yderligere billedbehandlingsarbejde for at afsløre mere af teksten fra Hyperides, den athenske orator, som forventes at indeholde nye oplysninger om grundlaget for græsk demokrati, athensk lov og socialhistorie. Holdet forventer at afvikle sit arbejde engang i 2008, hvorefter dokumentet vises i tre måneder på Walters og senere på andre museer. Dens tekst vil blive offentliggjort for lærde og studerende at gennemgå. "Hvad vi har fundet med Archimedes Palimpsest er, at denne bog aldrig ophører med at opgive sine hemmeligheder, " siger Noel. "Det er som at arbejde med et godt sind; du får dig til at tænke på ting på nye måder - fra møtrikker og bolte i middelalderens historie til rødderne af calculus og fysik."
Mary K. Miller er medforfatter af Watching Weather og forfatter og webproducent for Exploratorium i San Francisco.
