Eratosthenes: Người đầu tiên đo lường được chu vi trái đất

Chúng ta bắt đầu phóng các vệ tinh vào không gian trong thế kỷ XX để đo chính xác chu vi của Trái đất. Nhưng hơn 2000 năm trước, Eratosthenes – một nhà toán học Hy Lạp cổ đại – đã tính ra kết quả gần đúng chỉ bằng một cây gậy và trí thông minh của mình. 

Sơ lược về cuộc đời

Eratosthenes sinh ra tại thành phố Cyrene của Hy Lạp vào năm 276 trước Công nguyên (vùng đất này hiện nay nằm ở Shahhat, Libya). 

Eratosthenes là một trong những học giả nổi tiếng nhất vào thời của ông với nhiều khám phá ấn tượng về thiên văn học, toán học, địa lý, triết học và thơ ca. Hiện nay, nhiều người biết đến ông với tư cách là tác giả của phương pháp sàng Eratosthenes dùng để xác định các số nguyên tố.

Eratosthenes là con trai của Aglaus, người không có tài liệu lịch sử nào được lưu giữ, vì vậy người ta cho rằng ông không xuất thân từ một gia đình quan trọng vào thời điểm đó.

Mặc dù không có một dòng dõi nổi bật, Eratosthenes đã đến từ một thành phố đã giành được sự công nhận bởi những người đàn ông sinh ra trong đó. Cyrene được thành lập bởi Thera Greeks trước năm 600 trước Công nguyên và phát triển thịnh vượng như một thành phố độc lập cho đến khi kỷ nguyên Hy Lạp xuất hiện.

Cyrene bị hấp thụ bởi chế độ quân chủ Ptolemy của Ai Cập, nơi cai trị từ Alexandria, trung tâm văn hóa và thương mại của Địa Trung Hải. Có một hiệu sách lớn, một bảo tàng và một trường học nâng cao.

Eratosthenes theo bước chân của các học giả khác trong thành phố của mình và được đào tạo với Lisanias, một chuyên gia về ngữ pháp. Mặc dù thực tế là vào thời Hy Lạp, những người trẻ tuổi từ các gia đình giàu có được tiếp cận nhiều hơn với giáo dục, vẫn có những học viện dành cho nam giới.

Những đứa trẻ được đào tạo từ bảy tuổi trong các môn như văn học, thể thao và âm nhạc. Người ta cho rằng Eratosthenes cũng có thể là học trò của Callimachus.

Mối quan tâm chính của Eratosthenes trong giới trẻ là triết học và lý do đó đã đưa ông đến Athens năm 15 tuổi. Ông ở đó trong khoảng 25 năm. Sau đó, ông ấy có được danh tiếng như một học giả.

Ở Athens, ông đã tìm thấy rất nhiều triết gia đến nỗi ông vừa kinh ngạc vừa choáng ngợp. Đầu tiên ông học với Zeno ở trường Stoics. Cũng với một trong những học sinh của mình, Aristón de Chios, người mà ông đã viết tiểu sử. Nhưng ông không tìm thấy ở họ một phong cách lôi cuốn ông.

Sau đó, ông gia nhập Platonist với tư cách là học trò của Arcesilao. Sau đó, Eratosthenes đã tạo ra một tác phẩm gọi là Platonicus, trong đó, theo phương pháp của Plato, ông đã khám phá các chủ đề toán học và vũ trụ. Lúc đó ông cũng viết. Peri agathōn kai kakōn, một văn bản bị mất. Với những đóng góp về triết học, ông được gọi là Plato thứ 2.

Sau những trải nghiệm này, ông trở nên bất mãn với triết học và quyết định cống hiến hết mình cho thơ ca. Do đó, bắt đầu danh tiếng của Eratosthenes, vì trong lĩnh vực mới của mình, ông đã đạt được sự công nhận mà mình mong muốn.

Các văn bản không được bảo tồn từ các tác phẩm đầu tiên của ông như một nhà thơ; tuy nhiên, một số tên được truyền cho hậu thế thông qua trích dẫn từ những người Hy Lạp khác. Hermes đó là một trong những tác phẩm của ông, trong đó ông đề cập đến cuộc sống của vị thần và một tác phẩm khác lấy tên Xua tan.

Người ta tin rằng chính danh tiếng của Eratosthenes là một nhà thơ đã thu hút sự chú ý của Ptolemy III Evergetes, người đã gọi anh ta đến Alexandria để chăm sóc gia sư cho con trai mình, đồng thời trao cho ông đảm nhiệm vị trí thủ thư trưởng thư viện của thành phố vào năm 236 TCN.

Ptolemy III không chỉ cảm động vì hứng thú với công việc của Eratosthenes, mà còn vì lý do chính trị. Thành phố Cyrene đã trải qua thời kỳ độc lập của Ai Cập cho đến khi kết hôn giữa Ptolomeo III và Berenice, con gái của Magas, thống đốc của thành phố đó.

Trong quá trình tìm kiếm để bảo vệ miền mới được phục hồi của mình, Ptolemy III đã thấy thỏa mãn người dân Cyrene khi cung cấp một vị trí quan trọng như người đứng đầu thư viện lớn của Alexandria đến Eratosthenes.

Trong thời kỳ Eratosthenes phụ trách Thư viện Alexandria, những tiến bộ to lớn đã được thực hiện trong đó. Các tác phẩm được mua lại như các bộ phim truyền hình tuyệt vời của Aeschylus và Euripides. Họ cũng mở rộng các nghiên cứu ở Sophocles.

Cũng trong thời gian làm việc tại Thư viện, Eratosthenes đã tận dụng vị trí của mình để nghiên cứu nên có nhiều đóng góp cho các lĩnh vực điều tra khác nhau, đặc biệt là khoa học và toán học. Kết quả là thư viện Alexandria đã đạt được một cấp độ mới về chiều rộng và chiều sâu, biến nó thành trung tâm học tập và học thuật trong thế giới cổ điển.

Bề rộng sự quan tâm của ông là rất lớn và những thành tựu của ông trong nhiều lĩnh vực là không thể phủ nhận. Tuy nhiên, ông đã nhận được những lời chỉ trích không công bằng, được đặt cho biệt danh 'Beta', chữ cái thứ hai trong bảng chữ cái Hy Lạp vì ông đã thử sức mình với nhiều thứ nhưng chưa bao giờ đạt được danh hiệu cao nhất. Một biệt danh khác mà ông có được đó là 'Pentathalos', dành cho các vận động viên Olympic, những người giỏi toàn diện và thi đấu tốt trong nhiều sự kiện khác nhau, có vẻ là một danh hiệu phù hợp hơn nhiều.

Thật không may là trong cuộc sống sau này, Eratosthenes mắc bệnh nhãn khoa, có nghĩa là ông bị mù hoàn toàn vào năm 194 TCN. Mất khả năng đọc và quan sát thiên nhiên dẫn đến chứng trầm cảm nặng nề, dẫn đến việc Eratosthenes tự nguyện chết đói vào năm 194 TCN ở tuổi 82.

Mặc dù có những đóng góp to lớn cho khoa học, công việc của ông không được nhiều người khác sao chép, rõ ràng là vì ông không có đủ sinh viên để truyền lại những khám phá và lý thuyết của mình. Trong suốt cuộc đời, Eratosthenes là một người yêu kiến ​​thức trong tất cả các lĩnh vực của mình.

Toán học

Ông đã tạo ra một thuật toán để tìm các số nguyên tố được gọi là Màn hình (sàng) Eratosthenes. Phương pháp này bao gồm tạo một bảng có số tự nhiên từ 2 đến số lượng mong muốn. Sau đó, những con số không phải là anh em họ sẽ bị loại bỏ.

Nó bắt đầu bằng 2 và tất cả các số là bội số của số đầu tiên đó được bỏ qua, sau đó thực hiện tương tự với số tiếp theo không bị gạch bỏ và cứ thế.

Eratosthenes cũng tìm thấy một giải pháp cho vấn đề được gọi là Delian, hoặc sự trùng lặp của khối lập phương. Ông đã tạo ra một thiết bị gọi là mesolabio, một loại bàn tính cho các phép đo và tỷ lệ, mà ông dành riêng cho Vua Ptolemy III.

Aristotle là bạn của Eratosthenes và hợp tác với các tính toán toán học để tạo ra mesolabium. Ông cũng dành riêng cho Eratosthenes Phương pháp.

Người đầu tiên đo được chu vi trái đất

Vào khoảng năm 500 trước Công nguyên, hầu hết người cổ đại tin rằng Trái đất tròn chứ không phẳng. Nhưng họ không biết hành tinh này lớn đến mức nào cho đến năm 240 trước Công nguyên, khi Eratosthenes nghĩ ra một phương pháp thông minh để ước tính chu vi của nó.

Trong khoảng thời gian này, nhiều nhà triết học Hy Lạp bắt đầu tin rằng thế giới họ đang sống có thể giải thích bằng những quá trình tự nhiên thay vì viện dẫn đến sức mạnh của các vị thần, và họ cũng bắt đầu thực hiện các phép đo vật lý trên quy mô lớn. Người đầu tiên xác định kích thước Trái đất là Eratosthenes. Ông đã thực hiện một phép đo với độ chính xác đáng ngạc nhiên bằng cách kết hợp kiến thức hình học với các quan sát vật lý.

Pythagoras, nhà triết học và toán học người Hy Lạp, là người đầu tiên đề xuất Trái đất hình cầu vào năm 500 trước Công nguyên, chủ yếu dựa trên góc nhìn thẩm mỹ của ông thay vì chỉ ra bất kỳ bằng chứng nào. Giống nhiều người Hy Lạp khác, ông tin rằng hình cầu là hình dạng hoàn hảo nhất.

Năm 350 trước Công nguyên, Aristotle (384 – 322 TCN) lần đầu tiên đưa ra một số lập luận chứng minh Trái đất hình cầu trong cuốn sách “Trên thiên đàng” (On the Heavens) bao gồm: (1) Khi con thuyền đi về phía đường chân trời, phần thân tàu sẽ biến mất đầu tiên sau đó đến cột buồm, (2) Trái đất tạo ra một bóng đen tròn trên Mặt trăng trong lúc xảy ra hiện tượng nguyệt thực, (3) Các chòm sao khác nhau sẽ xuất hiện ở những vĩ độ khác nhau [Ví dụ chòm sao Big Dipper luôn có thể nhìn thấy ở vĩ độ 41 độ Bắc hoặc cao hơn. Dưới 25 độ Nam, bạn hoàn toàn không thể nhìn thấy nó].

Thành tựu nổi bật nhất của Eratosthenes là phép đo chu vi Trái đất. Ông ghi chép chi tiết phép đo này trong một bản thảo hiện nay đã thất lạc, nhưng phương pháp mà ông sử dụng được mô tả lại bởi các sử gia và nhà văn Hy Lạp khác.

Eratosthenes tỏ ra khá hứng thú với lĩnh vực địa lý và ông muốn vẽ bản đồ thế giới. Để thực hiện điều này, ông cần biết chính xác kích thước Trái đất. Rõ ràng một người không thể đi bộ vòng quanh Trái đất để ước tính chu vi của nó.

Eratosthenes từng được nghe khách du lịch kể về một cái giếng ở thành phố Syene (nay là thành phố Aswan, Ai Cập) có những đặc điểm thú vị: vào buổi trưa ngày hạ chí [ngày 21 tháng 6 hằng năm], ngay lúc Mặt trời trên đỉnh đầu, ánh sáng chiếu thẳng xuống đáy giếng mà không để lại bất kì cái bóng nào.

Để kiểm tra xem điều tương tự có xảy ra tại thành phố Alexandria [nằm ở phía Bắc thành phố Syene] hay không, Eratosthenes cắm một cây gậy thẳng đứng xuống mặt đất vào lúc giữa trưa trong ngày hạ chí. Ông phát hiện cây gậy tạo ra bóng dưới mặt đất do ánh sáng Mặt trời không chiếu vuông góc xuống Alexandria. Bằng cách đo độ dài của bóng cây gậy và độ dài thực tế của nó, ông tính được góc tạo bởi cây gậy và tia sáng Mặt trời khoảng 7,2 độ, hoặc bằng 1/50 của một đường tròn hoàn chỉnh. Theo kiến thức hình học, đây cũng chính là góc tạo bởi tâm Trái đất và vị trí của hai thành phố Alexandria và Syene.

Eratosthenes nhận ra rằng nếu biết khoảng cách từ Alexandria đến Syene, ông có thể dễ dàng tính được chu vi của Trái đất thông qua một vài phép toán đơn giản. Nhưng vào thời đó, việc xác định quãng đường giữa hai thành phố cách xa nhau với độ chính xác cao là vô cùng khó khăn. Người ta thường sử dụng thời gian một đoàn lữ hành cưỡi lạc đà đi từ thành phố này sang thành phố khác để ước tính khoảng cách của chúng. Tuy nhiên, lạc đà có xu hướng đi lang thang và đi bộ với vận tốc khác nhau. Vì vậy, Eratosthenes đã thuê các bematist [ những người được đào tạo để đi bộ với các bước dài bằng nhau. Họ tính khoảng cách bằng cách đếm số bước chân]. Kết quả cho thấy, Syene nằm cách Alexandria khoảng 5.000 stadia.

Hai thành phố Alexandria và Syene nằm cách nhau 7,2 độ trên bề mặt 360 độ của Trái đất. Khoảng cách giữa hai thành phố là 5.000 stadia [tương ứng với 7,2 độ]. Do đó chu vi Trái đất bằng (5.000 × 360) : 7,2 = 250.000 stadia.

Các học giả hiện đại không thống nhất về chiều dài của đơn vị đo “stadia” mà Eratosthenes đã sử dụng. Giá trị 1 stadia nằm trong khoảng từ 152 m đến 183 m. Do đó, chu vi của Trái đất theo cách tính của Eratosthenes nằm trong khoảng từ 38.000 km đến 45.700 km. Ngày nay, chúng ta biết rằng chu vi của Trái đất tính theo độ dài đường xích đạo bằng 40.075 km, và chu vi sẽ nhỏ hơn một chút nếu đo theo đường kinh tuyến từ cực Bắc xuống cực Nam.

Để thực hiện những tính toán nói trên, Eratosthenes giả định rằng Mặt trời ở rất xa chúng ta nên các tia sáng của nó chiếu đến Trái đất về cơ bản là song song với nhau và Syene nằm chính xác trên chí tuyến Bắc của Trái đất. Mặc dù không hoàn toàn đúng, nhưng các giả định này đủ chính xác để đo chu vi Trái đất với sai số không quá lớn. Đây là phương pháp khá đơn giản, thậm chí nó vẫn còn được các học sinh trên khắp thế giới sử dụng đến ngày nay.

Trong số các tài liệu lưu trữ có sẵn cho Eratosthenes, có tuyên bố rằng khoảng cách giữa Siena và Alexandria là 5000 sân vận động. Thiết lập giá trị của mỗi độ trong 700 sân vận động và tổng chu vi là 252.000, tương ứng với 39.691 km, bởi vì sân vận động là một biện pháp khó xác định. Hiện tại người ta biết rằng đường kính xích đạo là 40.075 km.

Nhiều học giả Hy Lạp khác đã lặp lại thí nghiệm và họ cũng tính được chu vi Trái đất nhờ áp dụng phương pháp của Eratosthenes. Vài thập kỷ sau, Posidonius sử dụng ngôi sao Canopus làm nguồn sáng và các thành phố Rhodes và Alexandria làm cột mốc. Nhưng do ông xác định khoảng cách giữa hai thành phố này không chính xác, nên ông tính ra chu vi Trái đất bằng 28.900 km, quá nhỏ so với thực tế.

Đến thế kỷ 2 sau Công nguyên, Ptolemy sử dụng kết quả tính toán thiếu chính xác của Posidonius để đưa vào trong một chuyên luận về địa lý. Các nhà thám hiểm sau này, bao gồm Christopher Columbus, đọc tác phẩm của Ptolemy và tin rằng kích thước Trái đất đủ nhỏ để đi thuyền xung quanh. Nếu Columbus biết chu vi Trái đất lớn hơn như tính toán của Eratosthenes, có lẽ ông đã không bắt đầu chuyến đi để tìm ra châu Mỹ.

Địa lý

Trong công việc của bạn Địa lý, Eratosthenes đã mô tả và lập bản đồ các vùng lãnh thổ đã biết. Ở đó, ông lần đầu tiên đặt ra thuật ngữ "địa lý" và sử dụng những khám phá của mình về kích thước và hình dạng của trái đất để thể hiện nó..

Eratosthenes đã hợp nhất và tổ chức trong công việc này những thông tin khác nhau mà ông tìm thấy trong Thư viện Alexandria. Chia đất thành 5 vùng khí hậu: các cực băng giá, dưới đó là hai vùng ôn đới và ở trung tâm là một vành đai nhiệt đới giáp với đường xích đạo.

Với sự tương đồng và kinh tuyến, Eratosthenes đặt các quốc gia và thành phố được biết đến. Ngoài ra, anh tính khoảng cách gần đúng giữa họ. Hơn 400 địa điểm xuất hiện trong tác phẩm đó, nhưng nó đã bị mất, ngoại trừ các tài liệu tham khảo của các nhà sử học thời đó.

Địa lý Anh có 3 tập. Đầu tiên, Eratosthenes đã tiếp cận các lý thuyết trước đó và biên soạn thông tin hiện có trong thư viện. Trong lần thứ hai, ông cho thấy những nghiên cứu của mình về các chiều của trái đất và cái cuối cùng được dành riêng cho địa lý chính trị.

Một trong những đóng góp to lớn của ông cho địa lý là nghiên cứu và bản đồ mà ông đã tạo ra từ tuyến sông Nile từ Khartoum, trong đó ông bao gồm các nhánh sông của Ethiopia. Ông là người đầu tiên khẳng định rằng những cơn mưa lớn trong nước đầu nguồn có thể giải thích lũ lụt ở phần dưới của dòng chảy.

Bằng những nghiên cứu về trái đất, Eratosthenes được gọi là "cha đẻ của địa lý". Anh ấy đã xuất bản một cuốn sách mà anh ấy gọi Địa lý, Đó là lần đầu tiên ông đặt ra thuật ngữ địa lý. Trong văn bản, ông mô tả vùng đất có người ở và những người sống trong đó.

Cống hiến cho Ptolemy III

Dòng chữ mà Eratosthenes đã tạo ra trong mesolabium mà ông đã đưa cho Ptolemy III, đọc:

"Cái này bạn có trong tay, bạn của tôi, nếu từ một khối lập phương nhỏ bạn có được gấp đôi, hoặc biến đổi đó trong bất kỳ hình dạng rắn nào khác, và nếu bạn đo một bao vây hoặc một silo hoặc khoang lõm của một cái giếng khi bạn thực hiện đồng quy có nghĩa là giữa các giới hạn cực đoan trong quy tắc kép ".

Sau đó, anh tiếp tục: "Và đừng cố gắng hiểu các nhiệm vụ phức tạp của các xi lanh Arquitas hoặc các vết cắt ba của hình nón Menecmo hoặc những gì trong dòng mô tả đường cong hình của Eudoxus thần thánh, bởi vì trong những chiếc máy tính bảng này, bạn sẽ dễ dàng tìm thấy hàng ngàn chiếc vớ thậm chí bắt đầu từ khởi đầu nghèo nàn ".

Cuối cùng anh viết: "Chúc mừng cha, Ptolemy, vì với con trai, bạn được hưởng tuổi! Bất cứ điều gì làm hài lòng các Muses và các vị vua mà chính bạn đã trao cho con trai mình. Và những gì tiếp theo, Uranio Zeus, có thể quyền trượng sẽ hướng dẫn bạn từ tay bạn. Điều này, vì vậy nó xảy ra, và nhìn thấy lời đề nghị, mà ai đó nói: đây là công việc của Cyratian Eratosthenes".

Những đóng góp khác

• Đo đạc khoảng cách Mặt Trời-Trái Đất, ngày nay gọi là đơn vị thiên văn (1 AU≈804.000.000 stadion).
• Đo đạc khoảng cách tới Mặt Trăng (780.000 stadion).
• Đo đạc độ nghiêng của mặt phẳng hoàng đạo với sai số góc 7'.
• Biên soạn một danh mục sao chứa 675 ngôi sao, danh mục này nay không còn.
• Bản đồ đường chảy của sông Nil xa đến tận Khartoum.
• Bản đồ về toàn bộ phần đã biết của thế giới vào thời đó, từ quần đảo Anh tới Ceylon và từ biển Caspi tới Ethiopia. Chỉ có Hipparchus, Strabo và Ptolemy là có khả năng tạo ra các bản đồ chính xác hơn trong thế giới cổ điển và hậu cổ điển.

Eratosthenes còn thực hiện các tính toán trong đó ông phát hiện ra rằng trong một năm có 365 ngày và cứ sau 4 năm lại có 365 ngày. Ông đã sử dụng làm cơ sở cho sự chuyển động của hoàng đạo, nghĩa là sự chuyển động của mặt trời được quan sát bởi những thay đổi rõ ràng của mặt trời từ trái đất.

Eratosthenes cũng quan tâm đến lịch sử và tạo ra một niên đại của thế giới từ địa điểm thành Troia cho đến khi ông dành thời gian tham khảo những ngày xuất hiện trong văn học và trong các tác phẩm chính trị.

Ông cũng đã lập một biểu đồ với niên đại của các vị vua Ai Cập của Thebes, viết về các cuộc chinh phạt của Alexander Đại đế và đưa ra một mô tả về Hy Lạp tại thời điểm đó. 

Eratosthenes là một người yêu nhà hát và đã viết một loạt mười hai cuốn sách mà ông có tiêu đề Phim hài cổ. Cũng như vậy, anh viết thơ và trong các chủ đề của mình là những câu chuyện về các chòm sao.

Khoảng năm 255 TCN, ông đã phát minh ra hỗn thiên nghi, là thiết bị được sử dụng rộng rãi trong gần 2.000 năm sau đó, khi phát minh mô hình vũ trụ ra đời vào thế kỷ 18.

Ấn phẩm

Từ các tác phẩm của tài liệu tham khảo Eratosthenes được bảo tồn nhờ các tác giả khác, vì thư viện Alexandria đã bị mất toàn bộ tác phẩm của ông.

- Platonikos.

- Hermes.

- Xua tan.

- Biên niên.

- Người chiến thắng Olympic.

- Περὶ τῆς ἀ τῆς γῆς (Từ các phép đo của Trái đất).

- Εωγρεωγρ (Địa lý).

- Arsinoe (tiểu sử của Nữ hoàng Arsinoe, vợ và em gái của Ptolemy IV).

- Ariston.

Các tên gọi theo Eratosthenes

• Sàng Eratosthenes để tìm các số nguyên tố.
• Miệng núi lửa Eratosthenes trên Mặt Trăng.
• Kỷ Eratosthenes trong niên đại địa chất của Mặt Trăng.
• Núi ngầm Eratosthenes ở phía đông Địa Trung Hải

Thắm Lê tổng hợp theo Wikipedia, Thpanorama, ichi.pro, khoahocphattrien.vn