古代希腊人在哲学思考过程中也带来了很多科学技术方面的贡献,包括几何学的发展,留下的数学巨著《几何原本》的欧几里得、发明圆锥曲线的阿波罗尼奥斯,以及安提丰、毕达哥拉斯、欧几里得、泰勒斯等古希腊人的数学成就,将古希腊数学推向了同时代的巅峰。
与此同时,古希腊人还有各种机械方面的发明创造,阿基米德螺旋泵、柏拉图的定时闹钟、汽动球、齿轮等等。
在当时,随着机械齿轮的出现,也让公元前2世纪的安提基瑟拉“计算机”(Antikythera Mechanism)以及十七世纪的工业革命的出现铺平了道路。
在1900年,希腊寻找海绵的潜水员在安提基瑟拉(Antikythera)岛附近的海湾发现了一艘古罗马时期的沉船,在随之的发掘中,人们发现了数十块受损的青铜齿轮和其他机械构件,经过研究和恢复,这台复杂的机械装置被命名为安提基瑟拉计算机(Antikythera Mechanism);
通过分析安提基瑟拉计算机的齿轮和刻度环,研究人员发现它可以用来进行天体运动的精确计算和预测,这台装置在古希腊曾被用于预测太阳、月球和其他行星的位置,以及月食和日食。
位于雅典的国家考古博物馆(National Archaeological Museum)、古希腊科技博物馆以及伦敦的英国博物馆(The British Museum)都可以看到这台机器的复原模型;
虽然它的原始设计出自2200多年古人的之手,看到它的第一眼,依然会忍不住惊叹内部大大小小的齿轮呈现出的精密构造,当代学术界将其称为“计算机"也就不足为怪了。
安提基瑟拉计算机不仅有精准的联锁齿轮设计,还有世界首个差速齿轮,它控制着整个机械系统,该差速齿轮可以使安提基瑟拉能够计算出太阳和月亮的运动,准确预测日食和月食的活动轨迹和行星的位置,并达到与月相的近乎“完美“一致。
这台机械装置由30个(现存)青铜齿轮组成,并且已经分裂成82块碎片。现存的最大碎片被称为碎片A,具有轴承、柱子和积木的特征;碎片D则包含一个圆盘、齿轮和底板。
碎片底板上的铭文包含对宇宙的描述,其中的两个关键数字——462年和442年,分别准确地代表了金星周期和土星周期。
安提基瑟拉装置最大的一块碎片,现藏于位于雅典的国家考古博物馆。
安提基瑟拉计算机的考古发现也让现代文明对古希腊时期的科技创造和机械工程的进步有了更加全面的认识,公元前2世纪的古希腊人已经能够制造非常复杂的机械装置,并且古希腊人在天文学方面已掌握先进的知识和技术,能够预测日食、月食以及其他天文现象。
虽然已经残缺不齐,考古和学术界人士分析,这套装置,至少已经存在了2200年。
对于安提基瑟拉计算机的研究和复原工作涉及到多个领域,包括考古学、天文学、历史学、机械工程学、材料学等。
基于碎片的考古分析、功能研究和模型实验,英国工程师、历史学家瑞特(Michael Wright)在1990年代首次制作成功复原这台古希腊计算机,在21世纪初期,希腊工程师在借助现代科技和新材料的基础上,也复原出了安提基瑟拉计算机并进一步提高其准确性和精度,让它的原始外观和功能尽可能的接近古希腊时期的产品。虽然哈利卡里迪斯的作品不及弗里德曼的认可度高,他的复原模型改进工作也为学术界和公众提供更多关于安提基瑟拉计算机的研究和教育资源,并帮助我们更好地理解这一古代科技奇迹。
由于受到原始残片数量和完整度的限制以及有关古代希腊科学知识的限制,对缺失齿轮的形状、大小和位置,以及其他可能的机械装置需要做出一系列的假设和推测,并且该装置在古希腊时期的具体使用方法和操作方式在原始残片中并没有直接的描述,
弗里德曼在进行复原的早期工作期间离不开大量的考古等领域的支持,希腊的考古领域的科学家为复原工作提供了重要的考古分析,通过对古代文献、天文学和科学著作的研究,获得大量关于安提基瑟拉计算机原始残片上的历史信息,对刻度单位、刻度间距、数字、符号和指示给出了合理的解读,以还原其机械结构和运行方式,为装置的操作和复原提供了有力的背景资料;
借助考古方面专家的研究支持,弗里德曼可以利用现代电脑技术进行模拟和数字重建,最终成功完成了安提基瑟拉计算机的复原,并得到学术界的广泛认可。
通过复原模型可以看到安提基瑟拉计算机主要由两个铜制齿轮系统组成:上层系统和下层系统,它们之间通过一个可旋转的指针和一个操纵手柄相连接。
上层系统包括一个大齿轮环,这是一个直径约为33厘米的圆形齿轮,它上面刻有刻度线,表示了日历和天文事件;内部刻度环代表着365天的日历年;在大齿轮环的中心,有一个小齿轮与之相连,它与内部刻度环之间有一个齿轮比。
下层系统包括一组与上层系统相连的齿轮,形成了一个复杂的齿轮传动系统,这些齿轮代表了不同的天体,如太阳、月亮和其他行星;它们之间的齿轮比是参照天体运动的速度和周期进行设定的,以便准确地模拟天体的运动。
通过转动手柄和观察刻度环上的指针位置和计算,可以获得精确的天文数据。
当人们拨弄齿轮时候,外围的齿轮刻度盘则会显示月相、月食以及一年之中不同时间五颗星球的位置(水星、火星、木星、土星、金星),甚至可以解释逆行运动(行星运动的视觉变化)。
操作安提基瑟拉计算机的复原模型,大致有三个步骤::
s1) 通过旋转手柄,使大齿轮环与特定日期对齐,设置日期和时间的起点; 接下来,
s2)继续旋转手柄以模拟时间的流逝,齿轮系统相互作用,模拟天体的运动。通过观察刻度环上的指针位置,可以读取特定日期的日出、日落、月相和其他天文事件。
安提基瑟拉计算机几乎是古希腊科学黄金时代的严谨哲学智慧的缩影。它俨然是一个微型的星系,通过它辅助观测天体,进行各种天文计算,如太阳、月亮和行星的位置,预测日食和月食的发生时间等。这些不仅可以用于哲学家们对天空的思考验证,也可以用于农事的时令推算,还可以帮助船只在海上的导航和定位。
关于安提基瑟拉计算机的创作者到底是谁,我们现在已无从得知,但其制造时代可追溯到公元前3至公元前1世纪,也有希腊和英国的研究人员猜测,它可能是阿基米德的杰作。
在安提基瑟拉计算机中,齿轮装置是其核心组成部分之一,用于模拟和计算天体运动。齿轮系统通过互相咬合的齿轮传递运动,实现了复杂的计算和预测功能,能够准确地模拟天体运动。
虽然在考古和机械研究领域,有人认为克特西比乌斯(Ctesibius)是首个发明齿轮的,但无法确定具体发明者,虽然在有关古希腊文献和考古遗物中也可以找到齿轮装置的零散线索,齿轮的使用在古代多个文明中都有出现,包括古埃及、古巴比伦、古印度等等。
阿基米德发明了可以省时省力的将水从大船的船舱中排出的螺旋泵(Archimedean Screw)、赫罗制作的蒸气转到的汽转球(Hero's Engine)、安提凯希拉机械装置(计算机)等也让众人对古代技术创作的惊人能力赞叹不已,谁说我们在跨领域合作和多学科融合发展的过程中就不能从古代的计算方法和技巧中汲取灵感,以改进和发展现代的数据处理和计算技术呢。
参考资料:古希腊科技博物馆、copernicus.org.
有趣的灵魂|有趣的人生图文:六月瑚
联系客服