阿基米德和两千年前的计算器

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【大纪元1月28日讯】(大纪元记者汤光宇编译报导) 罗马将军马赛卢斯(Marcellus)率领军队包围西西里岛(Sicily)的叙拉古(Syracuse)时,以为可以轻易的攻下这个城堡,但因为有阿基米德的天才发明“弩弓发石机”守城,叙拉古被围困两年而安然无恙。

公元前212年,叙拉古人在庆祝森林守护神雅堤米斯(Artemis)的节庆时松懈了防御,罗马人最后还是攻破了城堡。马赛卢斯本想留住阿基米德的命,但是事与愿违。据说,阿基米德正在进行数学论证,在混乱中被一个士兵杀死。

但是,阿基米德的一个发明被保留下来,并被马赛卢斯将军带回罗马。这就是一个模拟从地球上看到的太阳、月亮和星球运动的铜球。

马赛卢斯家世世代代都收藏者阿基米德的这项发明,直到公元前一世纪,被罗马的政治作家西塞罗(Cicero)看到。他在书里写到:“阿基米德的发明值得特别的表扬,只需要一个铜球,转动它就可以精准的模拟出太阳、月亮以不同的速率运动的情行,跟观察到的一模一样。”

史学家们一直对此不屑一顾,认为是西塞罗瞎编的故事。因为这个精巧的机械超出了他们认为的古希腊人当时的能力,而且西塞罗也没能够把它的工作机制解释清楚。

然而,近年来,研究人员通过对神秘的安提凯希拉仪器(Antikythera mechanism)的研究,法相西塞罗所描述的阿基米德仪器是真实存在的。

一个世纪以前,安提凯希拉仪器被一群的潜水员发现。1900年,这些潜水员被一阵强风吹离了航向,来到荒凉的安提凯希小岛。当风暴停止后,他们开始潜水,无意中发现了一堆青铜和大理石的雕像。这些似乎是在一个古老的海难中所留下的。

希腊政府得知消息后马上雇人打捞沉船。总共花了十个月才完成这份艰难危险的工作,其中有一人死亡两人瘫痪。但是他们带回了无价的宝藏:大理石和铜的雕像,珠宝,玻璃器皿,还有古代的家俱,其中还包含了一个华丽的皇冠。

之后这些宝藏被置放在雅典考古博物馆。几个月后,一块腐蚀了的石块被打破了,露出了带齿轮、刻着圆形标度和古希腊文的珍宝。这就是后来被称为的“安提凯希拉仪器”。这是迄今为止世界上发现的唯一的一个带有齿轮和标盘的古物。

有些学者认为整个事件是场骗局,还有人认为安提凯希拉仪器是来自一个现代的船只上,只是刚好掉入那个古老的船难现场。唯一的线索就是仪器上面有古代星座的标志,还有刻者Pachon的字样(古希腊的一个月份)。几年后并没有历史学家再去研究安提凯希拉仪器,整件事情就被这样渐渐的遗忘了。

然而,在近几十年,又有一群人费了很大的心血研究这个不解之谜,通过他们的努力,用X光扫描仪器内部,终于对安提凯希拉仪器的作用有了更多的了解。它是利用发条装置来计算太阳、月亮还有其他星球的运动轨道,并能预测日蚀和月蚀的时间。

这项设计的复杂程度以及结合著高度的天文知识,显示出制造者对精准度的要求非常高。那么它到底是从哪来的?到底是要用来做什么的?

经诸多研究发现,载有安提凯希拉仪器的船载着罗马人从希腊获得的战利品,于公元前65年,从小亚细亚(Asia Minor)开始往西航行。那个时候刚好有个年轻好战的将军庞培(Pompey)在征战中经过小亚细亚,所以推测这艘船可能就是属于他的。

在船上发现有来源于罗兹岛(Rhodes)上的罐子,因此推测这艘船在沉没之前在罗兹岛停留后。而之前有位名为喜帕恰斯(Hipparchus)的天文学家在该岛上工作过,所以有些学者推测安提凯希拉仪器是在这个岛上制作的。

就在这个期间,西赛罗也曾造访过罗兹岛。在罗兹岛上,他记录了第二个能模拟太阳系运动的铜制仪器,他写到“由尼奥(Posidonius)完成的仪器能模拟太阳月亮和其他五大行星日日夜夜的运动。”尼奥是公元前一世纪在罗兹岛上的哲学家,刚好是载有安提凯西拉仪器的船航行的期间,在罗兹岛上他还拥有一所学校。庞培将军很欣赏尼奥的才华,还多次到罗兹岛去见他,也许是尼奥把安提凯西拉仪器作为礼物送给他了。

然而,纽约考古学家亚历山大-琼斯(Alexander Jones)跟英国达拉谟大学约翰-史代利(John Steele)在破解仪器上的文字时,发现代表月份的那个字“Pachon”层出现在希腊西部当地的一个日历上。这份日历来自叙拉古,这也许意味着安提凯西拉仪器是在叙拉古完成的。

让人觉得最耐人寻味的是,叙拉古是阿基米德的故乡,但是他早在安提凯西拉仪器完成的一百年前就去世了,所以也不可能是他亲手完成的。但是毕竟仪器的来源跟他的故乡有关,而且参照西赛罗的描绘,也许安提凯西拉仪器是根据阿基米德的理论所制造的。

我们从古书知道是阿基米德首创使用滑轮来省力拉动重物。根据其稀少的生平资料,我们知道阿基米德的父亲是位天文学家,那么他利用齿轮来制作一个模星系运动的模型也不是没有可能。有趣的是他有一篇遗失的论文就叫做“关于天体仪制造”(On sphere-making)。

“周转圆”(epicycles) 理论在阿基米德时代并没有被普遍认识,所以当时不太可能模拟出月亮和太阳的椭圆轨道。所以他原来的设计可能很简单,就是星球以不同的恒定速率绕着地球转。后来的工匠以阿基米德的仪器为基础,并结合了新的天文知识,其中包含了从罗兹岛传到希腊的喜帕恰斯的理论,将圆球模型变成可计算出太阳系运动的数学计算器平盘。

用机械来模拟天体和其他生物(包括人、动物和鸟)的运动是在一个时期同步发展的。但模拟生物没有使用齿轮,而是利用蒸气、热空气和水为动力,这是在公元前三世纪由一位专攻液体机械,名为克特西比乌斯(Ctesibius)的工程师所创始的。阿基米德在搬到叙古拉以前,曾跟克特西比乌斯在亚历山大一同工作过。公元一世纪,有位名叫西罗(Hero)的工程师继承了他们的研究。他建造了许多自动装置,其中包含了蒸气引擎,风力装置还有利用齿轮机械来搬运重物。

历史学家经常嘲笑当时的希腊人,认为他们没有把他们的科技技术用在有用的事情上。如果他们有蒸气引擎,为什么不利用它来工作呢?有发条装置为什么不发明时钟呢?几世纪后欧洲的工业革命就是靠这些自动技术逐渐的发展到现代的,为什么古希腊人没这样发展呢?

其实,这答案跟希腊人的信仰是很有关系的,他们当时所重视的并不一定跟现代的人一样。他们之所以会创造人和动物、天体的模型,是想表达他们对神的信仰,相信万物的运动是神的安排。

像安提凯西拉这类仪器,并不只是个玩具,而是被用来理解和证明宇宙特性的一个方式,一条更接近事物真正意义的道路。这不是科技发展应该达到的最好的目地吗?

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