安提基特拉机械残片A正面,包含最多的齿轮组,最大的青铜齿轮清晰可见
当时安提基特拉机械只是一团不起眼的生锈青铜和已经腐蚀的木头,并没有引起希腊雅典国立考古研究院考古学家的注意。虽然后来考古学家Valerios Stais注意到生锈的青铜残片中似乎有齿轮在内,但当时考古学界主流都不相信古希腊有能力造出如此复杂的机械,因此安提基特拉机械静静躺在博物馆半个世纪。直到1950年,英国科学家普莱斯(Derek J. de Solla Price)重新注意到这件文物。
1971年,普莱斯和希腊方面的考古学家合作,利用X射线同伽马射线造影获取安提基特拉机械每件残片的内部构造,发现其中4件残片包含齿轮。
上图:安提基特拉机械的X光造影照片,显示表面上一团令人难以看透的青铜内里,30个齿轮,复杂和先进程度远远超越了公元前150-100年的年代。
1974年,普莱斯和他的研究团队发表一篇70页的论文,内容震惊了整个历史学界,并颠覆、改写了学术界主流对希腊化时代科技水平的评价。
普莱斯发现安提基特拉机械是人类历史上第一台机械式计算机,距今年代远达2000多年。安提基特拉机械由一个高34厘米、长18厘米、厚9厘米大小的木箱装载,内含至少30个青铜齿轮,当中最大的齿轮直径14厘米,并带有223个三角齿。
安提基特拉机械残片
现代考古学家通过电脑断层扫描重构此机械,推断出它完整时应该有37个齿轮,机械操作的办法系通过转动一个曲柄输入一个日期,齿轮会转动并计算出太阳、月球在黄道上的位置、月亮的盈亏、跟踪每4年一次的奥运会周期,并有可能计算日月食周期和行星的位置。
计算结果在机械的正、背面由转动的指针显示出来,机械正面设有一组指针,分成内外两环;背面则设有5组指针。而机械在计算月球位置时,甚至能够将月球近地点和远地点的不同速度一并计算,显示希腊化时代知名天文学家喜帕恰斯(Hipparchus)可能参与其设计。托勒密三世公元前238年的历法改革引入古代世界最精确的太阳历,即一年有365又1/4日,每4年一个闰年,此机械设计为一年有365日但预留计算每年多出1/4日的可能性。
考古学家发现安提基特拉机械的设计者为计算月亮的盈亏,在一个指针上的小球将之显示出来,采用了差分齿设计,这也是有考古证据支持历史上最早的差分齿轮组,将同类机械的发明时间推前了超过1800年。
安提基特拉机械中所使用的差分齿轮组
安提基特拉机械的制造年代和地点一直都是考古学界争议不休的议题。安提基特拉沉船的日子可以追溯到公元前1世纪中期,因此机械的制造时间不可能晚于这个日期。目前历史学界普遍相信安提基特拉机械比沉船的日子要早,是公元前约150至100年的产物,但仍然有人提出公元前205年(最早)及公元前87年(最迟)的可能性。
而安提基特拉机械的制造地点被认为有可能是罗德岛(Rhodes)、叙拉古(Syracuse)或者小亚细亚的巴格门(Pergamon),对此历史学界并没有一致的结论。但安提基特拉机械到底是不是古典时代的一个异数,希腊化时代天才的唯一产物?文献记载显示,类似的机械式计算机和天文钟在希腊化时代同罗马时代都曾经出现过,并不是只有安提基特拉机械一个例子。
关于机械式计算机的既记载最早甚至可能是在阿基米德的时代(公元前3世纪)已经有。阿基米德曾经写过一本已经失传书叫《球体制作论》(On Sphere Making),后世相信这本书就描述了关于天文计算机的制作方法。事实上,公元前1世纪罗马作家西塞罗(Cicero)就曾经在他的著作中提过阿基米德在公元前3世纪所建造的两个天文计算机,可以追踪日月以及五大行星的运行,两台机械均于公元前212年由叙拉古围城战的罗马将领马克卢斯从西西里岛带回罗马,其中一台被捐赠予维图斯神庙、另一台则作为传家之宝收藏。据记载,两台机械均可准确跟踪天空的转动,并预测日、月食的发生。
根据西塞罗所述,可以计算天体运行的机械在希腊是更古老的发明,甚至早在公元前7世纪至6世纪米利都的泰利斯(Thales of Miletus)时代就已经有。类似的技术可能被罗马人所获得,公元1世纪尼禄皇帝的皇宫金殿中,就有一座转动的宴会厅,天花板上装有机械可以昼夜跟随天上的星体运动,历史学家相信尼禄的天象仪很可能利用了相同或者类似的技术制作而成。
安提基特拉机械所使用的三角齿也为其他希腊化及罗马时代发明的机械装置提供新的证据,例如罗马人在建造高速公路时用作安装里程碑的计程车,由于较早期的历史学家技术不够导致复完失败,但当使用安提基特拉机械的三角齿,该古代计程车的数字显示器就能够完美运作。如今历史学界已经普遍接受希腊化及罗马时代拥有制作三角齿齿轮的技术。
除了安提基特拉机械以及计程车之外,希腊化时代另一个伟大而具实用性的发明就是水钟(clepsydra),这个发明小岩在之前的文章介绍希腊化物理学、气动力学及生理学时都有提到过,希腊化时代生理学家赫罗菲拉斯(Herophilus)就曾经用水钟准确计算病人的心率。
水钟在希腊古典时代的雅典被用作法庭上的计时工具,但早期的水钟构造相当简单,只是一个带小孔而装满水的陶壶,当水流干之后就代表发言时间结束,只能够当作简单的秒表使用。而且,水从陶壶中流出的速度并不均等,当水满的时候水流速度会更快,当水干的时候流速则会减慢。
克特西比乌斯及拜占庭的斐洛(Philo of Byzantium)所发明的水钟结构上复杂得多,最顶处设有一个水源,以保持水位长期处于满盈状态,下方第二个陶壶水位会以均速缓缓上升,当水位上升到顶部时,另一个连接陶壶的虹吸管就会自动将壶内的水排走,以重设壶内水位。壶内设有一个浮标,当水位上升时,浮标连带指针一起上升,以允许当前的时间在一个划上刻度的圆筒上被读取。带有刻度的圆筒会在水力驱动的齿轮组带动下缓缓转动,以显示一年中不同月份、日期日照长度的差别。因此,希腊化时代的水钟可以不需经人手全自动运作,一年365日、一日24小时不断重复循环,只需要读取指针读数就能够得知时间,这是一个天才的发明。
水钟复完品想象图,公元17世纪
斐洛甚至将擒纵器首次应用在水钟之上,一直到惠更斯发明钟摆之前,希腊化时代的水钟都是人类所掌握最精确的计时机器,并代表了希腊化时代尖端科技的结晶。水钟被安装于雅典的风之塔中被用作计时之用,是历史上有记录最早向公众展示的计时工具。
根据中国古代《旧唐书》记载,拂菻国即当时的拜占庭首都君士坦丁堡城门上设有一座计时设备:
第二门之楼中,悬一大金秤,以金丸十二枚属于衡端,以候日之十二时焉;为一金人,其大如人,立于侧,每至一时,其金丸辄落,铿然发声,引唱以纪日时,毫厘无失。
《列传第一百四十八,西戎》
第二门之楼中,悬一大金秤,以金丸十二枚属于衡端,以候日之十二时焉;为一金人,其大如人,立于侧,每至一时,其金丸辄落,铿然发声,引唱以纪日时,毫厘无失。
《列传第一百四十八,西戎》
可见类似的技术在古典时代晚期之后的保存和传播,直到拜占庭时代仍然被保留及应用。从这一篇内容可见,希腊化时代期间,古希腊科学家发展出精密的钟表以及天文计算机技术,是类似技术的始创者。尤其是安提基特拉机械的发现和解谜,更加使得现代人重新评价古希腊人的科技水平,即使在2000多年后科技发达的今天,希腊化时期的成就仍然让人赞叹并且印象深刻。返回搜狐,查看更多