Een dunne straal röntgenstralen scant de geschriften van de legendarische Griekse wetenschapper en wiskundige Archimedes, een verborgen tekst die misschien wel het belangrijkste oude wetenschappelijke document is dat sinds de Renaissance is ontdekt. Terwijl vage lijnen tevoorschijn komen op een groot computerscherm in Stanford's Synchrotron Radiation Laboratory, kan ik nauwelijks het spookachtige beeld van de Griekse letter lambda onderscheiden.
Als producent van Webcast voor het wetenschapsmuseum Exploratorium in San Francisco heb ik dit experimentele gebruik van een van de meest geavanceerde instrumenten van de moderne wetenschap gedocumenteerd om een 1000 jaar oud boek van geitenleer te ontcijferen. Bekend als de Archimedes Palimpsest, kortweg Archie genoemd, ziet het er vreselijk fragiel uit. De randen van de meeste van de 174 pagina's van het boek zijn verbrand, en tranen, gaten en vlekken van paarse schimmel stippelen hun oppervlak. Het perkament is kleiner dan ik dacht dat het zou zijn, niet veel groter dan een hardback-roman.
Ik wil gewoon gapen, maar het gezoem van machines herinnert me eraan dat ik werk te doen heb. Omdat ik zoveel tijd rond Archie heb doorgebracht, heeft het imaging team me vanmiddag de functie van ploegleider gegeven. Ik controleer de intensiteit van de röntgenscanner, noteer de tijd en noteer de temperatuur en vochtigheid van de omgevingsmonitors in de buurt van het document. Op zijn pagina's staat het enige bekende overgebleven record van twee werken van Archimedes, en de enige versie van een andere in het originele Grieks. Daarnaast zijn er 14 pagina's met zeldzame commentaren op Aristoteles 'verhandeling over de logica van categorisatie en nog eens 10 pagina's met twee eerder onbekende toespraken van Hyperides, een Atheense redenaar en politicus uit de vierde eeuw v.Chr. De meeste hiervan zijn onzichtbaar voor het blote oog - ze zijn verdoezeld door schimmels, overschreven door een middeleeuwse priester of bijna vernietigd door een moderne vervalser die hun ware waarde niet herkende of er niet om gaf.
Archimedes is misschien het best bekend voor het opstaan uit zijn bad en naakt door de straten van Syracuse, een Griekse stadstaat op wat nu het eiland Sicilië is, schreeuwend "Eureka" rennend. ("Ik heb het gevonden.") Volgens de legende - en het is waarschijnlijker legende dan feitelijk - had de wiskundige uit de derde eeuw v.Chr. Net ontdekt dat hij de zuiverheid van goud gedeeltelijk kon bepalen door het volume water dat het verplaatst te meten. Archimedes werd gevierd in zijn eigen tijd, evenals de onze, voor zijn praktische toepassingen van wiskunde en natuurkunde. De schroef die hij uitvond, beweegt nog steeds water bergop en de katapulten en andere wapens die hij ontwierp, verdedigden Syracuse tegen Romeinse indringers. (Syracuse viel uiteindelijk onder het Romeinse beleg en Archimedes werd op 75-jarige leeftijd gedood door een vijandelijke soldaat - zogenaamd nadat hij geometrische figuren in het zand had getekend en geknald: "Verstoor mijn cirkels niet!") Hij schatte ook de waarde van pi. "Archimedes was de grootste wiskundige in de antieke wereld", zegt William Noel, een curator van oude manuscripten in het Walters Art Museum in Baltimore en de persoon die het meest verantwoordelijk is voor de zorg en het lezen van de meest palimpsest. "Hij was de eerste wetenschapper die abstracte wiskundige principes toepaste op de wereld om hem heen."
Archimedes schreef zijn verhandelingen op papyrusrollen, waarvan de originelen verloren zijn gegaan. Maar zijn werken werden getrouw gekopieerd door generaties schriftgeleerden en maakten de sprong naar gebonden perkament van geitenleer tegen een tijdje laat in de vijfde eeuw, waarschijnlijk in Constantinopel. De grote bibliotheken van die stad werden in 1204 ontslagen door kruisvaarders, maar één perkament, opgetekend in de jaren 900, overleefde het op een of andere manier en werd afgevoerd naar een christelijk klooster in de buurt van Bethlehem. In 1229 nam een Griekse priester die perkament nodig had voor een gebedenboek het Archimedes-manuscript uit elkaar, schraapte en waste de pagina's af en kopieerde liturgische tekst bovenop de geschriften van Archimedes in een proces dat bekend staat als palimpsesting (van het Griekse woord palimpsestos, wat betekent " opnieuw geschraapt "). Afschuwelijk zoals dat nu lijkt, zou de oorspronkelijke tekst waarschijnlijk niet hebben overleefd als de schrijver het niet had gerecycled en de daaropvolgende monniken het gebedenboek niet hadden bewaard - niet op de hoogte van wat er onder de geschriften lag.
Deze verhandelingen van Archimedes waren in essentie verloren in de geschiedenis tot 1906, toen een Deense klassiekersgeleerde, Johan Ludwig Heiberg, het duizend jaar oude manuscript ontdekte in een bibliotheek in een Grieks-orthodox klooster in Constantinopel. Heiberg erkende dat de vage geschriften onder de gebeden uit de geest van Archimedes kwamen. Heiberg mocht veel van de pagina's fotograferen en hij publiceerde wetenschappelijke artikelen over die geschriften die hij kon ontcijferen. Maar Heiberg kon sommige pagina's niet lezen en negeerde de diagrammen. Toen, ergens na de Eerste Wereldoorlog, verdween de palimpsest opnieuw, werd hij onder mysterieuze omstandigheden uit de bibliotheek verwijderd - mogelijk gestolen uit het klooster - en wordt aangenomen dat hij een groot deel van de 20e eeuw in handen van een Frans gezin is geweest. Het dook opnieuw op in 1998, toen een anonieme particuliere verzamelaar in de Verenigde Staten het document op een veiling kocht voor $ 2 miljoen.
De palimpsest was misschien buiten het zicht gebleven - en de handen van wetenschappers - als Noel van het Walters Art Museum er niet in was geslaagd om via de verkoopagent contact op te nemen met de nieuwe eigenaar en toegang te vragen. Tot grote vreugde van de curator heeft de eigenaar (die anoniem blijft) het persoonlijk aan Noel en zijn collega's afgeleverd voor behoud en studie aan de Walters.
De palimpsest was in de eeuw aanzienlijk verslechterd sinds Heiberg hem voor het eerst in Turkije onderzocht. Vochtigheid had de groei van schimmel gestimuleerd en er waren nog meer gaten in de pagina's dan voorheen. Het ergste van alles was dat vier ervan waren bedekt met schilderijen met bladgoud. Blijkbaar had een vorige eigenaar, in een verkeerde poging om het boek waardevoller te maken, palimpsest pagina's gebruikt om een verlicht Byzantijns manuscript te smeden.
De 1.000 jaar oude Archimedes Palimpsest werd uit elkaar gehaald, schoongemaakt, gestabiliseerd en geanalyseerd. (George Steinmetz) Voordat ze konden beginnen met het ontcijferen van de geheimen van Archie, begonnen de conservatoren van de Walters, geleid door Abigail Quandt, aan de moeizame taak om de schade te stoppen. Het heeft vier jaar geduurd om het boek uit elkaar te halen en schoon te maken. Ondertussen konden wetenschappers van Johns Hopkins University, het Rochester Institute of Technology en andere instellingen met behulp van ultraviolet licht en verschillende technieken om afbeeldingen te verbeteren, ongeveer 80 procent van het manuscript onthullen. Volgens Reviel Netz, een professor in klassiekers aan Stanford University, heeft dit werk aanzienlijk bijgedragen aan de inspanningen van Heiberg.
De belangrijkste verhandeling van het document wordt "De methode van mechanische stellingen" genoemd. Daarin gebruikt Archimedes de manier waarop een object kan worden gebalanceerd om zijn geometrische en fysieke eigenschappen af te leiden. Nog belangrijker is de beschrijving van de methode van oneindigheid, een concept dat lang als te problematisch werd beschouwd voor oude Griekse wiskundigen om te begrijpen. Ons moderne begrip ervan werd verfijnd door Issac Newton en Gottfried Wilhelm von Leibniz toen ze onafhankelijk calculus uitvonden. Uit de palimpsest weten wetenschappers nu dat oneindigheid 20 eeuwen eerder door Archimedes werd begrepen.
Een andere unieke tekst is de 'Stomachion', misschien wel de eerste verhandeling over combinatoriek, de tak van wiskunde die zich bezighoudt met de organisatie van elementen binnen sets. In deze passage beschrijft Archimedes een puzzel waarin een vierkant in 14 onregelmatige stukjes wordt gesneden. De oplossing van de puzzel ligt in het bepalen van het aantal manieren waarop de stukjes terug in een vierkant kunnen worden gerangschikt. Het is niet bekend of Archimedes de puzzel heeft opgelost - die pagina's zijn verloren gegaan - maar moderne wiskundigen hebben het antwoord bepaald: 17, 152.
Noel's Walters kunstmuseum team ontcijferde het grootste deel van de palimpsest, maar kon het schilderij van de vervalser door het blad niet lezen. Dat is waar het Stanford Synchrotron Radiation Lab (SSRL) in beeld kwam. Het lab genereert röntgenstralen van krachtige elektronenstralen die rond een ring van 260 voet diameter in het vensterloze, donutvormige gebouw rennen met bijna de snelheid van het licht. Een paar jaar geleden, terwijl ik aan een niet-gerelateerd Exploratorium-project werkte, kreeg ik een rondleiding door de SSRL toen Uwe Bergmann, een in Duitsland geboren natuurkundige, mijn groep stopte in de gebogen gang. Hij vertelde ons dat hij bezig was met een experiment waarbij geïnkt perkament werd blootgesteld aan de röntgenstraal van de SSRL. Bergmann had in een Duits tijdschrift over de palimpsest gelezen en had afgeleid dat de SSRL ijzer in de inkt onder de gouden schilderijen zou kunnen afbeelden. Het experiment dat Bergmann me toonde die dag had hem ervan overtuigd dat zijn techniek op perkament kon werken - en hij sprong praktisch op en neer van opwinding.
Om de verborgen inkt te onthullen, treffen röntgenstralen die een balk vormen die niet dikker is dan een mensenhaar inkt op het perkament. Hun energie zorgt ervoor dat bepaalde elementen in de inkt fluoresceren of gloeien. Detectoren nemen de kenmerkende fluorescentiegolflengte van elk element op en een computer zet de gegevens om in computerbeelden. "De röntgenfoto's geven alleen om het element op het perkament", zegt Bergmann. "U kunt het ijzer in de inkt waarnemen, ongeacht wat erboven of eronder zit."
In de afgelopen twee jaar hebben de beeldvormingsexperimenten van SSRL enkele opwindende nieuwe resultaten opgeleverd, waaronder de handtekening van de schrijver die voor het eerst de liturgische teksten heeft gekopieerd en de datum waarop hij het deed (Ioannes Myronas, op 29 april 1229).
Nu zijn we aan het einde van de tiendaagse. We hebben een van de moeilijkste pagina's in het boek gescand, de inleiding van de 'Method of Mechanical Theorems' van Archimedes, die wordt behandeld met een bladgoudvervalsing van een zittende heilige. Een diagram op de pagina bevat kritische informatie over hoe Archimedes dacht over geometrische bewijzen, informatie die Heiberg negeerde. Dit is de tweede run van deze pagina; om meer vage lijnen uit het schilderij te halen, zijn de detectoren afgestemd op calcium in plaats van ijzer.
We hebben al enig succes gehad. Reviel Netz van Stanford vertelde ons eerder in de week dat hij voor het eerst duidelijk een van de labels kon zien voor een tekening die hoort bij de 'Method of Mechanical Theorems' van Archimedes. Het label, zegt Netz, besliste een al lang bestaand geschil onder wetenschappers over wat zij als een fout in het diagram beschouwden.
Na Stanford wordt de palimpsest met de hand gedragen door conservator Abigail Quandt terug naar het Walters Art Museum in Baltimore, waar het extra beeldwerk zal ondergaan om meer van de tekst te onthullen van Hyperides, de Atheense redenaar, die naar verwachting nieuwe informatie zal bevatten over de grondslagen van de Griekse democratie, de Atheense wet en de sociale geschiedenis. Het team verwacht zijn werk ergens in 2008 af te ronden, waarna het document drie maanden te zien zal zijn in de Walters en later in andere musea. De tekst zal worden gepubliceerd voor wetenschappers en studenten om over na te denken. "Wat we met de Archimedes Palimpsest hebben gevonden, is dat dit boek nooit ophoudt zijn geheimen prijs te geven", zegt Noel. "Het is alsof je met een grote geest werkt; je moet dingen op nieuwe manieren bedenken - van de moeren van de middeleeuwse geschiedenis tot de wortels van calculus en natuurkunde."
Mary K. Miller is co-auteur van Watching Weather en een schrijver en webproducent voor het Exploratorium in San Francisco.
