Un mince faisceau de rayons X analyse les écrits du légendaire scientifique et mathématicien grec Archimède, un texte caché qui pourrait bien être le document scientifique antique le plus important découvert depuis la Renaissance. Alors que de légères lignes apparaissent sur un grand écran d'ordinateur au laboratoire de rayonnement synchrotron de Stanford, je peux à peine distinguer l'image fantomatique de la lettre grecque lambda.
En tant que producteur de diffusion Web pour le musée des sciences Exploratorium de San Francisco, j'ai documenté cette utilisation expérimentale de l'un des outils les plus sophistiqués de la science moderne, pour déchiffrer un livre vieux de 1000 ans en peau de chèvre. Connu sous le nom de Palimpseste d'Archimède, surnommé Archie, il a l'air terriblement fragile. Les bords de la plupart des 174 pages du livre sont brûlés. Des larmes, des trous et des taches de moisissure violette parsèment leur surface. Le parchemin est plus petit que je ne le pensais, pas plus grand qu'un roman cartonné.
Je veux simplement gawk, mais le bourdonnement des machines me rappelle que j'ai du travail à faire. Depuis que je passe beaucoup de temps avec Archie, l’équipe d’imagerie m’a confié cet après-midi le rôle de chef de quart. Je vérifie l'intensité du scanner à rayons X, note l'heure et enregistre la température et l'humidité à partir des moniteurs environnementaux situés à proximité du document. Dans ses pages, on trouve le seul disque de deux œuvres d’Archimède, et la seule version d’un autre en grec original. En outre, il y a 14 pages de rares commentaires sur le traité d'Aristote sur la logique de la catégorisation et 10 autres pages qui contiennent deux discours auparavant inconnus d'Hyperides, un orateur athénien et un homme politique du IVe siècle av. J.-C. La plupart d'entre eux sont invisibles à l'œil nu - ils ont été obscurcis par la moisissure, écrasés par un prêtre médiéval ou presque détruits par un faussaire moderne qui ne reconnaissait pas leur véritable valeur, ni ne s'en souciait.
Archimède est peut-être mieux connu pour être sorti de son bain et avoir couru nu dans les rues de Syracuse, une cité grecque située sur l'actuelle île de Sicile, en criant "Eureka". ("Je l'ai trouvé.") Selon la légende - et il est plus vraisemblable que de fait - le mathématicien du troisième siècle avant Jésus-Christ venait de découvrir qu'il pouvait déterminer la pureté de l'or en partie en mesurant le volume d'eau qu'il déplace. Archimède a été célébré à son époque, comme à la nôtre, pour ses applications pratiques des mathématiques et de la physique. La vis qu'il a inventée déplace toujours l'eau en montée, et les catapultes et autres armes qu'il a conçues ont permis de protéger Syracuse des envahisseurs romains. (Syracuse est finalement tombé sous le siège romain et Archimède a été tué par un soldat ennemi à l'âge de 75 ans - soi-disant après avoir dessiné des figures géométriques dans le sable et claqué: "Ne dérange pas mes cercles!") Il a également estimé la valeur de pi. "Archimède était le plus grand mathématicien du monde antique", explique William Noel, conservateur des manuscrits anciens au Walters Art Museum de Baltimore et principal responsable des soins et de la lecture du palimpseste. "Il a été le premier scientifique à appliquer des principes mathématiques abstraits au monde qui l'entoure."
Archimède a écrit ses traités sur des rouleaux de papyrus, dont les originaux ont été perdus. Mais ses œuvres ont été fidèlement copiées par des générations de scribes et ont fait un bond sur un parchemin relié en peau de chèvre vers la fin du Ve siècle, probablement à Constantinople. Les croisés ont saccagé les grandes bibliothèques de cette ville en 1204, mais un parchemin, écrit dans les années 900, a survécu et a été caché dans un monastère chrétien situé près de Bethléem. En 1229, un prêtre grec qui avait besoin d'un parchemin pour un livre de prières a démonté le manuscrit d'Archimède, a gratté et lavé les pages et copié le texte liturgique au-dessus des écrits d'Archimède selon un processus connu sous le nom de palimpseste (du mot grec palimpsestos, qui signifie " encore gratté "). Aussi terrifiant que cela paraisse maintenant, le texte original n'aurait probablement pas survécu si le scribe ne l'avait pas recyclé et si les moines suivants n'avaient pas conservé le livre de prières - ignorant ce qui se trouvait sous les Écritures.
Ces traités d'Archimède ont été essentiellement perdus dans l'histoire jusqu'en 1906, année où Johan Ludwig Heiberg, spécialiste des classiques danois, découvrit le manuscrit vieux de mille ans dans une bibliothèque d'un monastère orthodoxe grec à Constantinople. Heiberg a reconnu que les faibles écrits sous les prières provenaient de l'esprit d'Archimède. Heiberg a été autorisé à photographier un grand nombre de pages et il a publié des articles scientifiques sur ces écrits qu'il a pu déchiffrer. Mais Heiberg ne pouvait pas lire certaines pages et il ignora les diagrammes. Puis, quelque temps après la Première Guerre mondiale, le palimpseste a de nouveau disparu, retiré de la bibliothèque dans des circonstances mystérieuses - éventuellement volées au monastère - et aurait été aux mains d’une famille française pendant la majeure partie du XXe siècle. Il a refait surface en 1998, quand un collectionneur privé anonyme aux États-Unis a acheté le document aux enchères pour 2 millions de dollars.
Le palimpseste aurait peut-être pu rester à l'abri des regards du public - et les mains des érudits - si Noel du Walters Art Museum n'avait pas réussi à contacter le nouveau propriétaire, par l'intermédiaire de l'agent vendeur, et à demander à y accéder. À la surprise ravie du conservateur, le propriétaire (qui reste anonyme) l'a personnellement remis à Noel et à ses collègues pour conservation et étude au Walters.
Le palimpseste s'était considérablement détérioré au cours du siècle depuis que Heiberg l'avait examiné pour la première fois en Turquie. L’humidité avait stimulé la formation de moisissure et les pages étaient encore plus trouées qu’avant. Le pire de tous, quatre d'entre eux avaient été recouverts de peintures à la feuille d'or. Apparemment, dans une tentative malavisée de rendre le livre plus précieux, un propriétaire précédent avait utilisé des pages de palimpseste pour créer un manuscrit byzantin enluminé.
Archimedes Palimpsest, âgé de 1 000 ans, a été démonté, nettoyé, stabilisé et analysé. (George Steinmetz) Avant qu'ils puissent commencer à déchiffrer les secrets d'Archie, les conservateurs des Walters, dirigés par Abigail Quandt, ont commencé le travail laborieux consistant à enrayer les dégâts. Il a fallu quatre ans pour démonter le livre et le nettoyer. Pendant ce temps, en utilisant la lumière ultraviolette et diverses techniques pour améliorer les images, les scientifiques de l’Université Johns Hopkins, du Rochester Institute of Technology et d’autres institutions ont été en mesure de révéler environ 80% du manuscrit. Selon Reviel Netz, professeur de lettres classiques à l'Université de Stanford, ces travaux ont considérablement contribué aux efforts de Heiberg.
Le traité le plus important du document s'intitule "La méthode des théorèmes mécaniques". Archimède y utilise la manière dont un objet peut être équilibré pour en tirer ses propriétés géométriques et physiques. Plus important encore est la description de l'infini par la méthode, un concept longtemps considéré comme trop problématique pour être compris par les mathématiciens grecs. Notre compréhension moderne de ce concept a été précisée par Issac Newton et Gottfried Wilhelm von Leibniz lorsqu’ils ont indépendamment inventé le calcul. Du palimpseste, les spécialistes savent maintenant que l’infini a été compris par Archimède 20 siècles plus tôt.
Un autre texte unique est le "Stomachion", sans doute le premier traité de combinatoire, branche des mathématiques qui concerne l'organisation des éléments dans des ensembles. Archimède décrit dans ce passage un casse-tête dans lequel un carré est découpé en 14 pièces irrégulières. La solution du casse-tête consiste à déterminer le nombre de façons dont les pièces peuvent être rangées dans un carré. On ne sait pas si Archimède a résolu le casse-tête (ces pages ont été perdues), mais des mathématiciens modernes ont déterminé la réponse: 17, 152.
L'équipe du musée d'art de Noel Walters a déchiffré la plus grande partie du palimpseste, mais ne pouvait pas lire la peinture à la feuille d'or du faussaire. C'est là qu'intervient le laboratoire de rayonnement synchrotron de Stanford (SSRL). Le laboratoire génère des rayons X à partir de puissants faisceaux d'électrons qui courent autour d'un anneau de 260 mètres de diamètre dans le bâtiment sans fenêtre et en forme de beignet à une vitesse proche de celle de la lumière. Il y a quelques années, alors que je travaillais sur un projet non lié à Exploratorium, je commençais à faire le tour de la SSRL quand Uwe Bergmann, physicien d'origine allemande, arrêta mon groupe dans le couloir incurvé. Il nous a dit qu'il travaillait sur une expérience impliquant l'exposition de parchemin encré au faisceau de rayons X du SSRL. Bergmann avait lu des articles sur le palimpseste dans un magazine allemand et en avait déduit que le SSRL pourrait imager le fer à l’encre sous les peintures dorées. L’expérience que Bergmann m’a montrée ce jour-là l’avait convaincu que sa technique pouvait fonctionner sur du parchemin - et il sautait pratiquement d’enthousiasme.
Pour révéler l’encre cachée, les rayons X qui forment un faisceau ne sont pas plus épais que ceux d’un cheveu humain sur le parchemin. Leur énergie provoque la fluorescence ou lueur de certains éléments de l’encre. Les détecteurs captent la longueur d'onde distincte de fluorescence de chaque élément et un ordinateur convertit les données en images informatiques. "Les rayons X se soucient simplement de l'élément sur le parchemin", explique Bergmann. "Vous pouvez observer le fer à repasser dans l'encre, peu importe ce qui se trouve au-dessus ou au-dessous."
Au cours des deux dernières années, les expériences d'imagerie de SSRL ont fourni de nouveaux résultats passionnants, notamment la signature du scribe qui a d'abord copié les textes liturgiques et la date à laquelle il l'a fait (Ioannes Myronas, le 29 avril 1229).
Nous sommes maintenant à la fin de la course de dix jours. Nous avons numérisé l’une des pages les plus difficiles de ce livre, l’introduction à la «Méthode des théorèmes mécaniques» d’Archimède, qui est recouverte d’une falsification à la feuille d’or d’un saint assis. Un diagramme sur la page contient des informations critiques sur la façon dont Archimède a pensé aux preuves géométriques, informations ignorées par Heiberg. Ceci est la deuxième exécution de cette page; pour extraire des lignes plus faibles sous la peinture, les détecteurs ont été réglés pour imager le calcium plutôt que le fer.
Nous avons déjà eu du succès. Reviel Netz, de Stanford, nous a dit plus tôt dans la semaine qu'il était capable de voir clairement pour la première fois l'une des étiquettes d'un dessin qui accompagne la "Méthode de théorèmes mécaniques" d'Archimède. Selon Netz, l’étiquette a réglé un différend de longue date entre savants sur ce qu’ils considéraient comme une erreur dans le diagramme.
Après Stanford, le conservateur Abigail Quand portera le palimpseste à la main pour le ramener au Walters Art Museum de Baltimore, où il subira un travail d'imagerie supplémentaire pour révéler davantage de texte de Hyperides, l'orateur athénien, qui devrait contenir de nouvelles informations. sur les fondements de la démocratie grecque, du droit athénien et de l'histoire sociale. L’équipe compte achever ses travaux d’ici à 2008, puis le document sera exposé pendant trois mois au Walters, puis dans d’autres musées. Son texte sera publié pour les chercheurs et les étudiants. "Ce que nous découvrons avec le Palimpseste d'Archimède, c'est que ce livre ne cesse de révéler ses secrets", a déclaré Noel. "C'est comme si vous travailliez avec un grand esprit. Vous êtes forcé de penser les choses de manière nouvelle, des détails de l'histoire médiévale aux racines du calcul et de la physique."
Mary K. Miller est co-auteur de Watching Weather et scénariste et producteur Web pour l'exploratorium de San Francisco.
