Игорь Тимофеев - Бируни

Кому не известен включенный во все школьные учебники анекдот об Архимеде, выскочившем из ванны нагишом с криком: «Эврика!» Именно так, если верить легенде, был открыт архимедов закон, согласно которому на всякое тело, погруженное в жидкость, действует со стороны этой жидкости «подъемная сила», направленная вверх и равная весу жидкости, вытесненной телом. Положение Архимеда, что при взаимодействии жидкости с твердыми телами ее частицы выталкиваются этими телами как более плотными, безусловно, восходило, и Бируни не мог этого не заметить, к представлениям древнегреческих атомистов. Не ускользнуло от его внимания и то, что в трактате «О плавающих телах» Архимед руководствовался тезисом Демокрита о стремлении всех сил к центру Земли, а не господствовавшей в александрийский период точкой зрения Аристотеля о делении всех тел на «тяжелые» и «легкие» и соответственно — о стремлении «тяжелых» книзу, а «легких» вверх.

С помощью открытого им закона Архимед определил количество золота и серебра в тиаре сиракузского царя Гиерона. Такая же по своей сути исходная задача, а именно — определение количественного состава различных сплавов — ставилась поколениями ученых в последующие века. Особенно острой стала потребность в практическом решении этой проблемы в X–XI веках, когда невиданный доселе размах международной торговли дал мощный импульс развитию ювелирного и монетного дела, требовавших постоянного совершенствования методов взвешивания и создания чувствительных устройств для точного определения состава сплавов. Положение осложнялось тем, что в X веке в Мавераннахре и Хорасане было выпущено огромное количество неполноценных монет, ходивших наравне с серебром. Так, наряду с серебряными дирхемами «исмаили» в обращении оказалось множество бухарских дирхемов «гитрифи», чеканившихся из неценных металлов, и согдийских «мухаммади» из низкопробного серебра. Такой разнобой создавал благоприятные условия для всевозможных подделок и махинаций, в том числе и с благородными металлами — золотые динары саманидского чекана в обращении не участвовали, а продавались на вес, как обычный товар.

Тщательное изучение методов, применявшихся александрийцем Менелаем, мусульманскими учеными Синдом ибн Али (IX в.), Юханной ибн Юсуфом (X в.), Абу Бакром Рази (IX в.) и Абу Мансуром Найризи (X в.), натолкнуло Бируни на мысль, что корень проблемы заключается в «установлении отношений между металлами и минералами в объеме и весе». Окончательная убежденность в правильности такого подхода пришла после того, как он ознакомился с опытом своего современника среднеазиатского естествоиспытателя ал-Бухари, занимавшегося сопоставлением весов равных объемов чистых металлов и сплавов. Теперь вся трудность состояла в создании специального прибора, который обеспечивал бы максимальную точность при взвешивании.

Отложив книги, Бируни засучил рукава. Все оборудование для уникального эксперимента он мастерил собственными руками, но к этому ему было не привыкать. Поначалу работа не ладилась — сосуды выходили неказистые, с многочисленными изъянами, не той формы, что давала бы требуемый эффект. Но Бируни не сдавался. Действуя методом «проб и ошибок», он упорно, шаг за шагом нащупывал ту единственно верную конструкцию, которую до него еще не удавалось создать никому.

«Я не переставал изготовлять один прибор за другим, — напишет он спустя много лет в своей «Минералогии», — и в последующем я устранял то, что мешало мне в первом, пока не изготовил сосуд конической формы — широкий у основания, с узким отверстием, которое находилось на конце шейки такой же ширины, как и отверстие, идущее от тулова сосуда. И посредине шейки, ближе к ее основанию, я проделал круглое небольшое отверстие и припаял соответствующую ему по размерам изогнутую трубку с концом, обращенным к земле; ниже этого конца я приделал нечто вроде кольца для установки чаши весов во время работы… Шейку я сделал узкой потому, что уровень воды в узком пространстве поднимается выше при малейшем прибавлении чего-либо… Поскольку же мы сделали шейку шириной в мизинец, то подъем воды заметен и при опускании того, что по объему равно зерну проса».

Теперь можно было приступать к эксперименту. Но прежде следовало определить вес воды, вытесненной из конического сосуда эталонным образцом весом в 100 мискалей (1 мискаль равен 4,424 г.). В качестве эталонных образцов Бируни брал сапфир для минералов и золото — для металлов. Вот как он описывает опыт по определению удельного веса серебра: