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逆天的黑科技:安提基特拉机械(Dimitris Kamaras/flickr)
逆天的黑科技:安提基特拉机械(Dimitris Kamaras/flickr)

可以知道过去和未来发生的天象的古代逆天黑科技

【希望之声2019年11月19日】(本台记者田喆综合报导)在雅典国家考古博物馆的古代展厅里,陈列了许多精美的青铜器和大理石的人体雕塑,它们身材匀称、面部栩栩如生。参观的人们往往流连于这些美奂美仑的艺术品之间,驻足观看。但是在这样一个充满艺术品的展厅里,有一件青铜展品却显得非常另类。

 雅典国家考古博物馆(Thomas Wolf, www.foto-tw.de)
雅典国家考古博物馆(Thomas Wolf, www.foto-tw.de)

因为初看起来,它一点都不美,甚至可以说是丑陋。它形状很不规则,断裂成很多块,博物馆陈列了最大的三块。凑近看,它的表面凹凸不平,像是被海水严重腐蚀过,颜色变成了绿色,并且裹着一层厚厚的氧化层。它就是逆天的黑科技——最具考古价值的是“安提基特拉机械装置”(Antikythera Mechanism)。

1900年,在安提基特拉岛附近海域,希腊潜水者偶然发现了一艘失事船只的残骸,而且是当时发现的最大古船残骸,考古学家认为它于公元前65年葬身爱琴海海底。有人从古船残骸上发现了一件青铜物品,经过初步测定,它属于2000多年前的古希腊。可是它所体现的技术水平,却远远超越我们对那个时代的认识。另外这件希腊物品出现在罗马船只上的原因也是个未解之谜。有观点认为,它是在战争期间被窃或者作为礼物送给凯撒大帝。

在发现之后的几年里,许多人认为,古希腊那个时代根本不存在这样先进的技术。因为它所展现出的设计思想,大大颠覆了我们对古希腊技术水平的认识。自从1901年以来,这个神秘的机械装置激发了几代人对它进行长达一个多世纪的探索。

一些科学家花费了数十年的时间对其进行研究,有的终其一生也没有把它弄个究竟,只好带着遗憾离去,把接力棒交给了后来人。人类也是在二十世纪初发明的飞机,可是只用六十多年人类就登上了月球,但是人类却花了一百年才弄懂这个机械装置,真是不可思议。

这个机械装置最显著的形状是一个巨大的轮子,几乎和机械装置一样宽,轮子中央是一个类似十字架的东西,就像轮子的辐条一样发射开来,中心是一个方形的孔。在大轮子的边缘有很多个小齿,每个齿都被仔细地加工成等腰三角形。这些小齿是如此精细,以至于要借助于放大镜才能数清楚他们的个数。在同一个面上,还有一个小一些的齿轮,好像与大齿轮之间有一些关联。

 安提基特拉机械装置(wikimedia commons)
安提基特拉机械装置(wikimedia commons)

在装置的另外一侧,也有一些齿轮,有些清晰可见,有些则部分被遮盖了。在装置的下部的平坦部位,有一些希腊文铭文隐约可见。这些文字都是大写的,但是非常小,紧凑地排列在一起,几乎没有留出空白的空间。

机械装置已经断裂成几个小块,第二块部件尺寸更小,其中一面上有一些弧度,上面刻了一些刻度,仿佛是钟表上的圆形刻度。第三块装置几乎完全被海水沉积物覆盖,只在背部有些可辨认的文字。第四块装置几乎被海水腐蚀了,只是从形状上看它似乎只包含一个齿轮。除此之外还有许多更小的残块。

从各种各样不同大小的齿轮、刻度以及铭文来看,这个装置似乎是一种用来计算的机械。但是这又不可能是一只机械钟表,因为类似的装置在2000年前是不存在的,只有到1000年后机械钟才被发明出来。2000年前的希腊人能够制造精细的齿轮吗?

他们那时已经掌握这个技术,但是当时已发现的其它机械装置只有一两个齿轮,而安提基特拉机械有几十个齿轮。齿轮的个数越多,可以实现的计算越复杂,因此这么多的齿轮很有可能是被用来做一些复杂的计算。

比如,一个60齿的齿轮和30齿的齿轮啮合在一起,前者转一圈,后者刚好转2圈,如果大齿轮是输入,小齿轮是输出,这就是一个角度乘以2的乘法操作。把两个齿轮的位置调换,就是一个角度除以2的除法计算。

在现代汽车里有差速计,可以由3个齿轮实现加法和减法运算。差速计用途非常广泛,比如汽车转弯时内侧的轮子比外侧轮子走过的距离短,如果没有差速计,轮子就会打滑。而差速计让外轮的速度变大(直路行进速度加上一个数值),让内轮的速度减小(直路行进速度减去同一个数值),这样巧妙地解决了汽车转弯的问题。

在其中一个碎片上,研究人员发现了一个希腊单词,这个词是用来描述黄道面的,意味着这个机械装置有可能是一个古代观测用的星盘。

 星盘(Jacopo188/wikimedia commons)
星盘(Jacopo188/wikimedia commons)

星盘是古代的重要观测仪器,最早的星盘制作于公元6世纪,你可以把它想象成是天空星星的投影。星盘可以指示特定时刻天空中星星的位置。在古代,一个圆周被分成12份,每一份30度,对应于黄道带上的十二星座,这些星座就像是现代钟表上的十二个数字,构成了指针移动时的背景,这十二星座就是日月行星移动的背景,通过它们人们可以确定出日月行星的位置。而这个机械装置上恰好有圆周刻度。

安提基特拉机械以其小型化和其部分装置的复杂性可与19世纪机械钟表相比而闻名。它有超过30个齿轮,虽然麦可·莱特认为它可多达72个有正三角形齿的齿轮。当借由一个曲柄输入一个日期,该机械就可算出日月或行星等其他天体位置。

该机械有三个转盘,一个在前方,另外两个在后方。前方转盘有两个同心圆刻度,外围刻度是基于“天狼周期”(Sothic cycle)的365天古埃及历法,或称为天狼年。内圈刻度是古希腊的黄道带符号,并以角度区分。历法的转盘可以取下,并借由在毎四年将后方转盘往之前回转一天以补偿每个回归年中多出的四分之一日(一个回归年有365.2422日)。第一个有闰年的儒略历是在西元前46年出现,但该仪器在儒略历之前一个世纪就已完成。

前方的转盘可能至少有三个指针,第一个指针指示日期,另外两个则分别指示太阳和月球位置。月球的指针已被调整过代表月球轨道的变化,因此相信太阳的指针也有过类似的调整,但相关机制的齿轮(如有)已经不存。前方转盘的第二个功能则是有一个月球的球形,做为月相指示。

该机械上有火星和金星的刻字,这代表其制造者知道如何配置齿轮显示这两颗行星在天球上的位置。有些推测认为该机器可以指示所有古希腊人知道的五颗行星。但关于行星位置的部分除了一个齿轮存在以外,其余下落不明。

最后,安提基特拉机械前方面板是现代天文年鉴的前身(Parapegma),可以设定标记特定恒星的升起。一般认为每颗恒星都以机械上一个希腊文字母做标记。

在机械后面上方的转盘是螺旋形,每次旋转分成47个部分,代表19年或235个朔望月的默冬章(默冬章是指一个由12个回归月组成的年约有354天,比太阳年的365.25天少11天。)。该循环对于历法修正很重要。

机械后面下方的转盘也是螺旋形,分成223个部分,代表沙罗周期,另有一个较小的辅助转盘代表三倍沙罗周期,54年的转轮周期(Exeligmos)。沙罗周期是由迦勒底人发现,其周期长度大约是18年11日8小时,是特定食的周期。

史密森杂志写了关于这个装置的正常功用,"像一只钟一样,盒子已经有过一个带旋转指针的大圆面。在旁边有一个把这个机制向前或向后绕的旋钮或手柄,并且随旋转这个旋钮,联锁齿轮链至少以不同的速度驱动了七个指针。指针不是显示小时和分钟而是显示天体时间︰ 一个太阳的指针,一个月亮的指针,每个肉眼可见的五大行星------水星、金星、火星、木星和土星各一个"。

在许多人的印象里,希腊出了很多伟大的哲学家,他们是一个善于思辨的民族,但是并不像东方人精于具体的技术发明。可是这个机械装置颠覆了传统上对古希腊人的看法。如果这个装置真的是古希腊人的作品,我们就可以证明希腊人精于技术,并且在欧洲人发明机械时钟1000多年前就已经掌握并发明了这样一个机械计算装置。所以研究人员意识到,安提基特拉机械是古代科技幸存下来为数极少的稀有装置,这对理解现代科学的出现至关重要。

为了纪念这一时刻,谷歌(Google)设计了一个涂鸦,用安提基特拉机械装置取代了中间的那个字母“O”。

由英国、希腊和美国专家组成的安提基特拉机械研究计划成员于2008年7月时,在机械上的一个青铜转盘发现了一个字 "Olympia",相信是用来指示卡利巴斯周期(Callippic cycle);另外也发现了其他古希腊竞赛的名字,因此这可能是用来追踪古代奥林匹克运动会。

根据BBC的报道:

转盘的四个部分刻上了年分和泛希腊运动会:科林斯地峡运动会、古代奥林匹克运动会、尼米安竞技会和皮西安竞技会;以及两个次要的运动会:在希腊多多纳举行的 Naa 运动会和另一个未知其名的运动会。

2008年7月31日,科学家在自然期刊发表了相关新发现,该机械的机制可以追踪默冬章、追踪日食和计算古代奥林匹克运动会的时间。仪器上的文字与希腊西北部的伊利里亚和伊庇鲁斯,以及克基拉岛各月份的名称密切相关。

2016年5月,英国卡迪夫大学天体物理学教授的迈克·埃德蒙德在雅典召开的学术会议上说:研究人员在过去12年里利用X光影像技术,大功率的三维CT扫描技术和表面图像处理技术让人们窥探到安提基特拉机械精密的内部结构和表面更多的神秘文字。将这部装置的零部件逐一组装起来,从而揭开了这部装置的神秘面纱。

 安提基特拉机械复原品(I, Mogi, /wikimedia commons)
安提基特拉机械复原品(I, Mogi, /wikimedia commons)

此前人们认为该装置是古希腊人使用的一种计算器,用来描绘天空中行星的运行轨迹,以帮助当时的人识别方向。然而,科学家们此时破解了这部装置表面破损的铭文后发现,它实际上是用来研究占卜星相的。

有了这个机械装置,不管是谁,只要随意转动手柄,他就可以向前或者向后看到未来的日子天空上的情景,从而预测出各种天文现象:日食、月食的日期和时刻、月相、五星连珠... 铭文记录下每个时刻升起或者落下的星座名,背后的铭文则记录着日食月食的时刻。他动动手就可以穿越到遥远世纪前或者很久以后。他可以知道过去和未来发生的天象,他甚至成为了时间的主宰。

这种全球最古老计算机其实早在公元前205年前就诞生了,而让人惊奇的是这种机器竟然超越同类机械1000多年。也有人说安提基特拉机械不是希腊的,而是巴比伦的。你怎么看?

(本篇文章和图片经希望之声编辑制作,转载请注明希望之声并包含原文标题及链接)

责任编辑:田喆

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