Ein dünner Röntgenstrahl tastet die Schriften des legendären griechischen Wissenschaftlers und Mathematikers Archimedes ab. Dieser verborgene Text ist möglicherweise das wichtigste alte wissenschaftliche Dokument, das seit der Renaissance entdeckt wurde. Als auf einem großen Computermonitor im Synchrotronstrahlungslabor von Stanford schwache Linien auftauchen, kann ich das gespenstische Bild des griechischen Buchstaben Lambda kaum erkennen.
Als Webcast-Produzent für das Exploratorium Science Museum in San Francisco habe ich diesen experimentellen Einsatz eines der fortschrittlichsten Werkzeuge der modernen Wissenschaft dokumentiert, um ein 1000 Jahre altes Buch aus Ziegenleder zu entschlüsseln. Bekannt als das Archimedes Palimpsest, kurz Archie genannt, sieht es furchtbar zerbrechlich aus. Die Ränder der meisten 174 Seiten des Buches sind verbrannt, und Risse, Löcher und Flecken von purpurrotem Schimmel bedecken ihre Oberfläche. Das Pergament ist kleiner als ich dachte, nicht viel größer als ein gebundener Roman.
Ich möchte einfach nur gaffen, aber das Summen der Maschinen erinnert mich daran, dass ich Arbeit zu erledigen habe. Da ich so viel Zeit mit Archie verbracht habe, hat mich das Imaging-Team heute Nachmittag zum Schichtleiter ernannt. Ich überprüfe die Intensität des Röntgenscanners, notiere die Uhrzeit und nehme die Temperatur und Luftfeuchtigkeit von den Umgebungsmonitoren in der Nähe des Dokuments auf. Auf seinen Seiten ist das einzige bekannte Überbleibsel von zwei Werken von Archimedes und die einzige Version eines anderen im griechischen Original. Darüber hinaus gibt es 14 Seiten mit seltenen Kommentaren zu Aristoteles 'Abhandlung über die Logik der Kategorisierung und weitere 10 Seiten mit zwei bisher unbekannten Reden von Hyperides, einem athenischen Redner und Politiker aus dem 4. Jahrhundert v. Chr. Die meisten davon sind für das bloße Auge unsichtbar - Sie wurden von Schimmel befallen, von einem mittelalterlichen Priester überschrieben oder von einem modernen Fälscher fast zerstört, der ihren wahren Wert nicht erkannte oder sich nicht darum kümmerte.
Archimedes ist vielleicht am bekanntesten dafür, dass er sich aus seinem Bad erhob und nackt durch die Straßen von Syrakus rannte, einem griechischen Stadtstaat auf der heutigen Insel Sizilien, und "Eureka" rief. ("Ich habe es gefunden.") Der Legende nach - und es ist eher eine Legende als eine Tatsache - hatte der Mathematiker des 3. Jahrhunderts v. Chr. Gerade entdeckt, dass er die Reinheit von Gold teilweise durch Messen des von ihm verdrängten Wasservolumens bestimmen konnte. Archimedes wurde sowohl in seiner als auch in unserer Zeit für seine praktischen Anwendungen in Mathematik und Physik gefeiert. Die Schraube, die er erfunden hat, bewegt das Wasser immer noch bergauf und die Katapulte und anderen Waffen, die er entworfen hat, verteidigten Syrakus vor römischen Invasoren. (Syrakus geriet schließlich unter römische Belagerung, und Archimedes wurde im Alter von 75 Jahren von einem feindlichen Soldaten getötet - angeblich nachdem er geometrische Figuren in den Sand gemalt und geschnappt hatte: "Bitte nicht meine Kreise stören!") Er schätzte auch den Wert von Pi. "Archimedes war der größte Mathematiker der Antike", sagt William Noel, Kurator für antike Manuskripte am Walters Art Museum in Baltimore und derjenige, der am meisten für die Pflege und das Lesen des Palimpsest verantwortlich ist. "Er war der erste Wissenschaftler, der abstrakte mathematische Prinzipien auf die ihn umgebende Welt anwendete."
Archimedes schrieb seine Abhandlungen auf Papyrusrollen, deren Originale verloren gegangen sind. Aber seine Werke wurden von Generationen von Schriftgelehrten getreu kopiert und machten irgendwann Ende des 5. Jahrhunderts den Sprung auf gebundenes Ziegenleder-Pergament, wahrscheinlich in Konstantinopel. Die großen Bibliotheken dieser Stadt wurden 1204 von Kreuzfahrern geplündert, aber ein Pergament, das in den neunziger Jahren verfasst wurde, überlebte irgendwie und wurde in ein christliches Kloster in der Nähe von Bethlehem verschleppt. Im Jahre 1229 nahm ein griechischer Priester, der für ein Gebetbuch Pergament benötigte, das Manuskript von Archimedes auseinander, kratzte und wusch die Seiten ab und kopierte den liturgischen Text auf die Schriften von Archimedes in einem Prozess, der als Palimpsesting (vom griechischen Wort palimpsestos) bezeichnet wurde. wieder geschabt "). Wie entsetzlich das jetzt scheint, hätte der ursprüngliche Text wahrscheinlich nicht überlebt, wenn der Schreiber ihn nicht recycelt hätte und nachfolgende Mönche das Gebetbuch nicht aufbewahrt hätten - ohne zu wissen, was unter den heiligen Schriften lag.
Diese archimedischen Abhandlungen gingen im Wesentlichen der Geschichte verloren, bis ein dänischer Klassiker, Johan Ludwig Heiberg, 1906 das tausendjährige Manuskript in einer Bibliothek eines griechisch-orthodoxen Klosters in Konstantinopel entdeckte. Heiberg erkannte, dass die schwachen Schriften unter den Gebeten von Archimedes stammten. Heiberg durfte viele der Seiten fotografieren und veröffentlichte wissenschaftliche Artikel zu den Schriften, die er entziffern konnte. Aber Heiberg konnte einige Seiten nicht lesen und ignorierte die Diagramme. Dann, irgendwann nach dem Ersten Weltkrieg, verschwand das Palimpsest wieder, wurde unter mysteriösen Umständen aus der Bibliothek entfernt - möglicherweise aus dem Kloster gestohlen - und befand sich vermutlich fast das ganze 20. Jahrhundert in den Händen einer französischen Familie. Es tauchte 1998 erneut auf, als ein anonymer Privatsammler in den USA das Dokument für 2 Millionen US-Dollar ersteigerte.
Das Palimpsest hätte möglicherweise nicht in der Öffentlichkeit gesehen werden können - und die Hände von Gelehrten -, hätte es der Noel des Walters Art Museum nicht geschafft, den neuen Eigentümer über den Verkaufsagenten zu kontaktieren und Zugang zu ihm zu beantragen. Zur großen Überraschung des Kurators übergab der Eigentümer (der anonym bleibt) diese persönlich an Noel und seine Kollegen, um sie zu konservieren und an den Walters zu studieren.
Das Palimpsest hatte sich im Laufe des Jahrhunderts erheblich verschlechtert, seit Heiberg es zum ersten Mal in der Türkei untersuchte. Feuchtigkeit hatte das Wachstum von Schimmel befördert, und die Seiten wiesen noch mehr Löcher auf als zuvor. Am schlimmsten war, dass vier von ihnen mit Blattgoldgemälden bedeckt waren. Offensichtlich hatte ein Vorbesitzer in einem irrtümlichen Versuch, das Buch wertvoller zu machen, Palimpsest-Seiten verwendet, um ein beleuchtetes byzantinisches Manuskript zu fälschen.
Das 1000 Jahre alte Archimedes Palimpsest wurde zerlegt, gereinigt, stabilisiert und analysiert. (George Steinmetz) Bevor sie anfangen konnten, Archies Geheimnisse zu entschlüsseln, begannen die Konservatoren der Walters, angeführt von Abigail Quandt, den Schaden mühsam zu stoppen. Es dauerte vier Jahre, bis das Buch zerlegt und gereinigt war. Währenddessen konnten Wissenschaftler der Johns Hopkins University, des Rochester Institute of Technology und anderer Institutionen unter Verwendung von ultraviolettem Licht und verschiedener Techniken zur Bildverbesserung etwa 80 Prozent des Manuskripts freigeben. Laut Reviel Netz, Professor für Klassiker an der Stanford University, trug diese Arbeit wesentlich zu Heibergs Bemühungen bei.
Die wichtigste Abhandlung des Dokuments heißt "Die Methode der mechanischen Theoreme". Darin verwendet Archimedes die Art und Weise, wie ein Objekt ausgeglichen werden kann, um seine geometrischen und physikalischen Eigenschaften abzuleiten. Noch wichtiger ist die Beschreibung der Unendlichkeit durch die Methode, ein Konzept, das lange Zeit als zu problematisch angesehen wurde, um von den alten griechischen Mathematikern verstanden zu werden. Unser modernes Verständnis davon wurde von Issac Newton und Gottfried Wilhelm von Leibniz verfeinert, als sie eigenständig die Analysis erfanden. Aus dem Palimpsest wissen Gelehrte nun, dass Archimedes die Unendlichkeit vor 20 Jahrhunderten verstanden hatte.
Ein weiterer einzigartiger Text ist "Stomachion", die wohl erste Abhandlung über die Kombinatorik, den Zweig der Mathematik, der sich mit der Organisation von Elementen innerhalb von Mengen befasst. In dieser Passage beschreibt Archimedes ein Puzzle, bei dem ein Quadrat in 14 unregelmäßige Teile geschnitten wird. Die Lösung des Puzzles besteht darin, die Anzahl der Möglichkeiten zu bestimmen, mit denen die Teile zu einem Quadrat zusammengefasst werden können. Es ist nicht bekannt, ob Archimedes das Rätsel gelöst hat - diese Seiten sind verloren gegangen -, aber moderne Mathematiker haben die Antwort gefunden: 17.152.
Das Walters Art Museum Team von Noel entzifferte den größten Teil des Palimpsest, konnte jedoch das Blattgold des Fälschers nicht durchlesen. Hier kam das Stanford Synchrotron Radiation Lab (SSRL) ins Spiel. Das Labor erzeugt Röntgenstrahlen aus starken Elektronenstrahlen, die in dem fensterlosen, donutförmigen Gebäude mit nahezu Lichtgeschwindigkeit um einen Ring mit einem Durchmesser von 250 Metern rasen. Vor ein paar Jahren, als ich an einem unabhängigen Exploratorium-Projekt arbeitete, bekam ich einen Rundgang durch die SSRL, als der in Deutschland geborene Physiker Uwe Bergmann meine Gruppe im geschwungenen Flur anhielt. Er erzählte uns, dass er an einem Experiment arbeitete, bei dem eingefärbtes Pergament dem Röntgenstrahl der SSRL ausgesetzt wurde. Bergmann hatte in einer deutschen Zeitschrift über das Palimpsest gelesen und daraus geschlossen, dass die SSRL Eisen in der Tinte unter den Goldgemälden abbilden könne. Das Experiment, das Bergmann mir an diesem Tag zeigte, hatte ihn überzeugt, dass seine Technik auf Pergament wirken konnte - und er sprang vor Aufregung praktisch auf und ab.
Um die verborgene Tinte freizulegen, treffen Röntgenstrahlen, die einen Strahl bilden, der nicht dicker als ein menschliches Haar ist, auf das Pergament. Ihre Energie bewirkt, dass bestimmte Elemente in der Tinte fluoreszieren oder leuchten. Detektoren erfassen die charakteristische Fluoreszenzwellenlänge jedes Elements, und ein Computer wandelt die Daten in Computerbilder um. "Die Röntgenstrahlen kümmern sich nur um das Element auf dem Pergament", sagt Bergmann. "Sie können das Eisen in der Tinte beobachten, egal was sich darüber oder darunter befindet."
In den letzten zwei Jahren haben die Bildgebungsexperimente der SSRL einige aufregende neue Ergebnisse geliefert, darunter die Unterschrift des Schreibers, der die liturgischen Texte zum ersten Mal kopiert hat, und das Datum, an dem er sie gemacht hat (Ioannes Myronas, 29. April 1229).
Jetzt sind wir am Ende des zehntägigen Laufs. Wir haben eine der schwierigsten Seiten des Buches gescannt, die Einführung in Archimedes '"Methode der mechanischen Theoreme", die von einer vergoldeten Fälschung eines sitzenden Heiligen bedeckt ist. Ein Diagramm auf der Seite enthält wichtige Informationen darüber, wie Archimedes über geometrische Beweise dachte, Informationen, die Heiberg ignorierte. Dies ist der zweite Durchlauf dieser Seite. Um schwächere Linien unter dem Bild zu erkennen, wurden die Detektoren so eingestellt, dass sie Kalzium und nicht Eisen abbilden.
Wir haben bereits einige Erfolge erzielt. Stanfords Reviel Netz erzählte uns Anfang der Woche, dass er zum ersten Mal eines der Labels für eine Zeichnung, die Archimedes '"Methode der mechanischen Theoreme" beigefügt ist, deutlich sehen konnte. Das Label, so sagt Netz, entschied unter Wissenschaftlern einen langjährigen Streit darüber, was sie als Fehler im Diagramm betrachteten.
Nach Stanford wird das Palimpsest von der Konservatorin Abigail Quandt per Hand zum Walters Art Museum in Baltimore gebracht, wo es zusätzlichen Bildbearbeitungen unterzogen wird, um mehr Text von Hyperides, dem athenischen Redner, zu enthüllen, von dem neue Informationen erwartet werden über die Grundlagen der griechischen Demokratie, des athenischen Rechts und der Sozialgeschichte. Das Team rechnet damit, seine Arbeit im Laufe des Jahres 2008 zum Abschluss zu bringen. Dann wird das Dokument drei Monate lang im Walters und später in anderen Museen ausgestellt. Der Text wird veröffentlicht, damit Wissenschaftler und Studenten darüber nachdenken können. "Was wir beim Archimedes Palimpsest festgestellt haben, ist, dass dieses Buch seine Geheimnisse immer wieder preisgibt", sagt Noel. "Es ist, als würde man mit einem großartigen Verstand arbeiten. Man muss die Dinge auf eine neue Art und Weise betrachten - von den Grundlagen der mittelalterlichen Geschichte bis zu den Wurzeln der Analysis und der Physik."
Mary K. Miller ist Mitautorin von Watching Weather und Autorin und Webproduzentin für das Exploratorium in San Francisco.
