Теорема Піфагора привела безпосередньо до іншого великого відкриття: геометричні побудови можуть включати в себе довжину, яку не можна виразити як відношення цілих чисел. Якщо кожна із двох сторін прямокутного трикутника, прилеглих до прямого кута, має довжину (у будь-яких одиницях вимірювання), що дорівнює 1, тоді загальна площа двох квадратів із такими катетами буде 12 + 12 = 2. Тому, згідно з теоремою Піфагора, довжина гіпотенузи має становити число, квадрат якого дорівнює 2. Але ж легко продемонструвати, що число, квадрат якого дорівнює 2, не може бути виражене як відношення цілих чисел (див. технічну примітку 5). Доказ цього наведений у Книзі X «Начал» Евкліда, а крім того, його вже згадував раніше Арістотель у своїй «Першій аналітиці»4 як приклад reductio ad impossibile (приведення до неможливого), але без зазначення першоджерела. Існує легенда, що це відкриття належить піфагорійцю Гіппасу, імовірно, родом із Метапонта на півдні Італії, якого чи то вигнали, чи то вбили піфагорійці за розголошення відкритого.
Сьогодні ми могли б описати це як відкриття, що такі числа, як, наприклад, квадратний корінь із 2, ірраціональні – вони не можуть бути виражені як відношення цілих чисел. Згідно із Платоном5, Феодор Кіренський показав, що квадратні корені з 3, 5, 6… 15, 17… (тобто, хоч Платон цього й не каже, квадратні корені з усіх цілих чисел, крім 1, 4, 9, 16…, що є квадратами цілих чисел) ірраціональні в тому самому сенсі. Але давні греки не виразили б це так. Радше, як випливає із перекладу Платона, сторони квадратів, площі яких дорівнюють 2, 3, 5… квадратним одиницям, не порівнянні з однією одиницею вимірювання. Давні греки не мали поняття якихось чисел, окрім раціональних, тож для них величини на кшталт квадратного кореня із 2 могли мати лише геометричне значення, і це обмеження перешкоджало дальшому розвитку арифметики.
Традиція мати справу суто з математикою продовжилася в Академії Платона. Над її дверима нібито висіла табличка зі словами, що забороняли вхід туди необізнаним із геометрією. Сам Платон математиком не був, але до математики ставився прихильно, можливо, почасти через те, що під час подорожі на Сицилію, щоб стати наставником Діонісія Молодшого Сиракузького, він познайомився з піфагорійцем Архітом.
В Академії одним із математиків, що справив на Платона великий вплив, був Теєтет Афінський, який став головним персонажем одного із Платонових діалогів та об’єктом обговорення іншого. Теєтету приписують відкриття п’яти правильних тіл, що, як ми вже бачили, стали основою теорії елементів Платона. Доведення[2], запропоноване в «Началах» Евкліда, що це єдині можливі випуклі правильні тіла, може належати Теєтету, який також зробив свій внесок до теорії того, що сьогодні називають ірраціональними числами.
Найвидатнішим еллінським математиком IV століття до н. е., схоже, був Евдокс Кнідський, учень Архіта й сучасник Платона. Хоч значну частину свого життя він прожив у місті Кнід на узбережжі Малої Азії, Евдокс навчався в Академії Платона, а пізніше повернувся, щоб там викладати. Жодних письмових робіт Евдокса не збереглося, але йому приписують розв’язання багатьох складних математичних проблем, як-от демонстрації, що об’єм конуса дорівнює одній третині об’єму циліндра з такими самими основою та висотою. (Не уявляю, як Евдокс міг зробити це без інтегрального числення.) Але його найбільшим внеском до математики стало запровадження точного стилю, у якому теореми виведені з чітко викладених аксіом. Саме цей стиль ми пізніше знаходимо в роботах Евкліда. Фактично Евдоксу приписують багато моментів, викладених в Евклідових «Началах».
Хоча розвиток математики Евдоксом та піфагорійцями був великим інтелектуальним досягненням, для природничих наук він мав як позитивні, так і негативні наслідки. Насамперед дедуктивний стиль математичних робіт, виплеканий в Евклідових «Началах», нескінченно імітували дослідники природничих наук там, де це було не надто доречно. Як ми побачимо нижче, роботи Арістотеля з природничих наук містять мало математики, але часом схожі на пародію на математичні міркування, як у його описі руху у «Фізиці»: «A тоді проходитиме крізь B у час C, а також крізь D, що тонше, у час E (якщо довжина B дорівнює D) пропорційно густині тіла, що заважає. Нехай B буде вода, а D – повітря»6. Можливо, найвидатнішою роботою з давньогрецької фізики є «Про плаваючі тіла» Архімеда, яку ми розглянемо в розділі 4. Цей твір написано як математичний текст із незаперечними постулатами, за якими йдуть виведені пропозиції. Архімед був достатньо розумний, щоб вибрати правильні постулати, але наукове дослідження чесніше подавати як плетиво дедукції, індукції та здогадок.