阿基米德的鏡子

方舟子

公元前213年春天，一個(gè)陽(yáng)光和煦的日子，羅馬執(zhí)政官馬塞盧斯率領(lǐng)一支60艘戰(zhàn)船的艦隊(duì)，攻向西西里島上的希臘城邦敘拉古。

此時(shí)，迦太基統(tǒng)帥漢尼拔正帶著大軍在羅馬大地上游蕩。羅馬軍團(tuán)不敢與之正面交鋒，試圖切斷漢尼拔大軍的補(bǔ)給線。敘拉古正是從漢尼拔的北非老家到意大利這條補(bǔ)給線上的關(guān)鍵港口。敘拉古原來(lái)一直與羅馬結(jié)盟，在3年前漢尼拔大敗羅馬軍團(tuán)后，就倒向了迦太基。

羅馬擁有當(dāng)時(shí)最強(qiáng)大的海軍，每艘戰(zhàn)艦有三層甲板，由150名槳手行駛，載著75名士兵，25名軍官和水手。其中有8艘戰(zhàn)船經(jīng)過(guò)改造，每?jī)伤疫B在一起，載著一架威力巨大的攻城機(jī)。羅馬軍隊(duì)用它來(lái)攻城，幾乎攻無(wú)不克。但是馬塞盧斯知道這一次非同尋常，因?yàn)閿⒗懦抢镒≈糯澜缱顐ゴ蟮臄?shù)學(xué)家和工程師阿基米德。阿基米德靠給政府設(shè)計(jì)武器獲得報(bào)酬，因此得以衣食無(wú)憂地研究純學(xué)術(shù)問(wèn)題。

當(dāng)羅馬戰(zhàn)船駛近城墻時(shí)，它們遇到了阿基米德的第一種武器——巨大的投石機(jī)拋出大石頭，向甲板、桅桿和水兵砸去。有的戰(zhàn)船躲過(guò)了被砸沉的命運(yùn)，駛得更近了，這時(shí)阿基米德的第二種武器派上了用場(chǎng)，小型的投石機(jī)從墻洞射出石頭，雖然石頭較小，但是速度更快、更密集，羅馬水兵紛紛被擊落水中。有一些戰(zhàn)船還是駛到了墻底下，開(kāi)始攻城了。這時(shí)從墻頭伸出一根根又長(zhǎng)又粗的木梁，扔下沉重的鉛塊，把戰(zhàn)船和攻城機(jī)砸爛。然后，羅馬水兵見(jiàn)到了他們從未見(jiàn)過(guò)的奇怪武器：一架架起重機(jī)從墻后伸出來(lái)，晃動(dòng)鐵爪，鉤住了船頭，把戰(zhàn)船垂直地吊起來(lái)，一松開(kāi)鐵爪，戰(zhàn)船就被翻了個(gè)底朝天。馬塞盧斯見(jiàn)此情景，不禁悲嘆道：阿基米德在用我們的船從海里舀水。

最后，神奇的一幕出現(xiàn)了。一群敘拉古士兵出現(xiàn)在墻頭，一致地晃動(dòng)手臂，一道白光射向一艘還在一箭之遙的戰(zhàn)船，這艘船立刻被點(diǎn)燃了。然后又射向第二艘、第三艘……羅馬戰(zhàn)船一艘艘地?zé)似饋?lái)，馬塞盧斯趕快下令撤退。在這場(chǎng)被馬塞盧斯稱為羅馬艦隊(duì)與阿基米德一個(gè)人的戰(zhàn)爭(zhēng)中，阿基米德取得了勝利。馬塞盧斯必須另找攻占敘拉古的辦法。

這一切真的發(fā)生過(guò)嗎?

我們可以確定發(fā)生過(guò)這場(chǎng)戰(zhàn)斗，而且羅馬艦隊(duì)被擊退了。同樣可以肯定的是阿基米德設(shè)計(jì)的武器在擊退羅馬人的戰(zhàn)斗中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。可靠的記載表明羅馬艦隊(duì)飽受石頭，鉛塊的狂轟亂砸，也遭遇鐵爪起重機(jī)的重創(chuàng)。但是早期的記載都沒(méi)有提到阿基米德還用了能點(diǎn)燃戰(zhàn)船的秘密武器，甚至根本就沒(méi)有提到羅馬戰(zhàn)船起火的事。

到了公元2世紀(jì)后期，羅馬詩(shī)人盧坎才首次說(shuō)到阿基米德用科學(xué)辦法把敵人的船只點(diǎn)燃。此時(shí)距離這次戰(zhàn)斗已過(guò)去了400年，而且盧坎也沒(méi)有具體說(shuō)明阿基米德用的什么辦法，可能只是用了更普通一些的點(diǎn)火辦法。例如向甲板拋擲裝了硫磺、油脂、瀝青的火罐。再過(guò)300年，才有一名希臘數(shù)學(xué)家首次記載，根據(jù)傳統(tǒng)說(shuō)法，阿基米德用鏡子點(diǎn)燃了一箭之遙的敵人艦隊(duì)。

這個(gè)傳說(shuō)有沒(méi)有可能是真的呢?輕信的古人從不懷疑，文藝復(fù)興之后就不同了。笛卡爾認(rèn)為那是虛構(gòu)的故事，而布封卻在1747年用實(shí)驗(yàn)證明阿基米德能夠辦到。布封用168面20×15厘米的鏡子聚焦陽(yáng)光，點(diǎn)燃了大約50米外的木頭。1973年，希臘科學(xué)家試圖重現(xiàn)當(dāng)時(shí)的情景。阿基米德時(shí)代古希臘人還不會(huì)生產(chǎn)玻璃鏡子，用的只能是銅鏡或磨光的盾牌。在雅典的一個(gè)海軍基地，士兵們舉起了70面1.5×1米的銅鏡，瞄準(zhǔn)了50米外的一艘小木船。起初，許多人沒(méi)法聚焦，經(jīng)過(guò)反復(fù)練習(xí)后，終于對(duì)準(zhǔn)了，幾秒鐘后木船開(kāi)始冒煙，很快就燒了起來(lái)。

2005年10月，麻省理工學(xué)院的學(xué)生在校園里做了演示，把127面30×30厘米的鏡子對(duì)準(zhǔn)30米處的木船模型。對(duì)準(zhǔn)大約10分鐘，木頭燒了起來(lái)，他們讓它燒了一分鐘再撲滅，在木板上燒出了一個(gè)洞。隨后他們到舊金山，對(duì)停泊在海上的真木船做實(shí)驗(yàn)。這回用了300面鏡子，讓船舷冒煙、烤焦，有一個(gè)地方出現(xiàn)小火，持續(xù)燃燒了兩個(gè)小時(shí)后只燒出了一個(gè)小洞。但是并沒(méi)能點(diǎn)燃木船。

這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果不足以令人信服，用到實(shí)戰(zhàn)上就更成問(wèn)題了：敘拉古士兵如何知道要準(zhǔn)確地把光線對(duì)準(zhǔn)哪一點(diǎn)?即使目標(biāo)被一致對(duì)準(zhǔn)了，羅馬戰(zhàn)船怎么會(huì)保持靜止一段時(shí)間讓他們聚焦?浸泡在海水里的戰(zhàn)船是否能像干木頭那樣被點(diǎn)燃?如果點(diǎn)燃了，火勢(shì)很小，會(huì)不會(huì)很快就被船上的士兵撲滅?

即使這一光學(xué)武器在理論上可行，在實(shí)戰(zhàn)中也不實(shí)用，還不如發(fā)射火箭或用拋石機(jī)發(fā)射火團(tuán)更好用。但是它聽(tīng)上去比火箭、拋石機(jī)神奇多了，更適合用來(lái)講故事，傳說(shuō)于是出現(xiàn)。就算明知它不可信，人們還是會(huì)津津樂(lè)道，讓它一直流傳下去。

(大浪淘沙摘自中青網(wǎng)安玉民圖)