解碼兩千年前的“計(jì)算機(jī)”

編譯 吳青

安提基西拉機(jī)器（復(fù)原模型）

1901年，在希臘的安提基西拉海岸上，人們發(fā)現(xiàn)了公元前1 世紀(jì)古羅馬時(shí)期一艘沉船的船骸，在其中發(fā)現(xiàn)的一個(gè)后來被稱為“安提基西拉機(jī)器”的裝置尤其令人驚訝。

一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)

兩千年前有計(jì)算機(jī)？

今天，已有兩千年歷史的安提基西拉機(jī)器只留下已分裂為82 個(gè)零碎部件的30 個(gè)銅齒輪。在海底躺了漫長歲月后，這些發(fā)綠的銅片遠(yuǎn)遠(yuǎn)看去就像是表面有霉斑的巖石。但近看由這些零碎部件歸位復(fù)原成的安提基西拉機(jī)器，你會(huì)感到無比驚訝。雖然銹跡斑斑，但該機(jī)器呈現(xiàn)的卻完全是現(xiàn)代技術(shù)：它的齒輪上的三角形輪齒非常規(guī)整，因此這些齒輪簡直就像是現(xiàn)代鐘表內(nèi)部的齒輪；它的一個(gè)被劃分了度數(shù)的銅環(huán)，簡直就像今天學(xué)生使用的量角器。

在組成安提基西拉機(jī)器的零碎部件出土后的幾十年中，學(xué)者一直無法解讀它們。直到20 世紀(jì)70～90 年代，科學(xué)家對(duì)這些部件進(jìn)行了多次X 射線成像，并且將它們復(fù)原為安提基西拉機(jī)器后，才意識(shí)到該機(jī)器的作用很可能是展現(xiàn)太陽、月球和行星運(yùn)行軌跡的。一名調(diào)查人員當(dāng)時(shí)驚呼：這不就是古希臘的計(jì)算機(jī)嗎？

但實(shí)際上，對(duì)這些X 射線成像進(jìn)行準(zhǔn)確解釋的難度很大。換句話說，調(diào)查人員當(dāng)時(shí)的結(jié)論并不讓人信服。因此，安提基西拉機(jī)器漸漸被專業(yè)人士遺忘。與此同時(shí)，也有一些人說，安提基西拉機(jī)器來自一艘外星飛船。但科學(xué)家指出，這純屬謬論。

安提基西拉機(jī)器所屬船骸打撈現(xiàn)場(chǎng)

安提基西拉機(jī)器剛被打撈出來時(shí)的照片

安提基西拉機(jī)器（局部）

一種可能的解釋

它其實(shí)是一種天象儀

直到2006 年，這部古代裝置再度引起學(xué)界廣泛關(guān)注。這一年，研究人員對(duì)該機(jī)器的零部件進(jìn)行CT 掃描，揭示了該機(jī)器內(nèi)部機(jī)制的更多細(xì)節(jié)，還發(fā)現(xiàn)了該機(jī)器上隱藏的銘文。這個(gè)結(jié)果再次激發(fā)了研究人員對(duì)安提基西拉機(jī)器的興趣。

安提基西拉機(jī)器的大小和一部座鐘差不多。在該機(jī)器的零部件上發(fā)現(xiàn)的木屑表明，該機(jī)器當(dāng)初可能被置于一個(gè)木盒中。這個(gè)木盒正面有圓形“鐘面”，并且至少有7 根指針。木盒側(cè)面有轉(zhuǎn)柄，轉(zhuǎn)動(dòng)它能讓指針轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)柄的轉(zhuǎn)動(dòng)，一系列互鎖的齒輪驅(qū)動(dòng)指針以不同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。研究人員認(rèn)為，這些指針指示的并不是小時(shí)和分鐘，而是天體時(shí)間：其中一根指代太陽，一根指代月球，另五根分別指代肉眼可見的水星、金星、火星、木星和土星。一個(gè)旋轉(zhuǎn)的銀黑色寶石珠指代月球的相位。銘文說明的是與某個(gè)日期對(duì)應(yīng)的天體起落。

木盒背面也有兩個(gè)撥號(hào)系統(tǒng)，其中每個(gè)都有一根指針在各自的環(huán)形槽中轉(zhuǎn)動(dòng)。這些指針看上去就像是老式唱機(jī)的唱針。研究人員推測(cè)，其中一個(gè)撥號(hào)系統(tǒng)的作用是充當(dāng)日歷，另一個(gè)撥號(hào)系統(tǒng)則顯示日食和月食的時(shí)間。如此看來，安提基西拉機(jī)器就是一部天象儀。

從內(nèi)部銘文來看

古希臘人可能懂會(huì)合周期

研究人員一直試圖解讀在安提基西拉機(jī)器內(nèi)部隱藏的銘文，尤其是想了解該機(jī)器遺失的部件，其中一部分部件可能已損毀，另一部分則可能仍然在海底。雖然該機(jī)器的指針全都不見了，但有專家稱銘文表明每根指針上可能都有一個(gè)小小的彩色寶石珠，其中紅珠代表火星，金珠代表太陽。另外，推動(dòng)指針的一些部件也不見了，這導(dǎo)致專家對(duì)這些部件怎樣移動(dòng)有爭議。

科學(xué)家已經(jīng)解讀了安提基西拉機(jī)器上的銘文

安提基西拉機(jī)器復(fù)原結(jié)構(gòu)圖

安提基西拉機(jī)器復(fù)原面板

因?yàn)樾行黔h(huán)繞太陽運(yùn)行，所以從地球上看去行星就好像是在天空中前后移動(dòng)。古希臘人把這種運(yùn)動(dòng)解釋為“旋回”：一些小圓軌跡疊加在一個(gè)大圓軌跡上。一位對(duì)安提基西拉機(jī)器進(jìn)行了長期研究的專家推測(cè)，該機(jī)器通過一系列小齒輪環(huán)繞較大的齒輪運(yùn)動(dòng)來模擬旋回。雖然有一些同行認(rèn)為這個(gè)推測(cè)超出古希臘人的能力范圍，但該專家表示他將發(fā)表相關(guān)證據(jù)來支持自己的這一推測(cè)。不過，至今尚未看到該專家發(fā)布的證據(jù)。

在2016年的一項(xiàng)研究中，專家認(rèn)為，安提基西拉機(jī)器正面銘文中提到了古希臘人計(jì)算的火星和金星的會(huì)合周期，分別為462 年和442 年。因?yàn)楣畔ＥD人相信地球是太陽系的中心，所以他們追蹤行星兩次回到從地球上看到的夜空中同一位置之間相隔的時(shí)間，即會(huì)合周期。為了與他們的地心論符合，古希臘天文學(xué)家認(rèn)為行星的運(yùn)動(dòng)方式很復(fù)雜，有時(shí)候行星會(huì)以團(tuán)團(tuán)轉(zhuǎn)的方式運(yùn)行，最終回到同一位置。這便是古希臘人提出的旋回。

它可能并非唯一

最早的天象儀比它還早

銘文也暗示了安提基西拉機(jī)器的制作地點(diǎn)。一位銘文專家說，安提基西拉機(jī)器的日歷中采用了古希臘西北部科林斯人使用的月份名稱，一個(gè)轉(zhuǎn)盤上標(biāo)注了奧運(yùn)會(huì)等重要賽事的舉辦日期，其中多項(xiàng)賽事的舉辦地點(diǎn)都是位于南方的羅德斯島。因此，安提基西拉機(jī)器有可能來自羅德斯島，后來被船運(yùn)到北方。他還說，古希臘哲學(xué)家波西杜尼斯在羅德斯島上有間作坊，安提基西拉機(jī)器有可能正是在那里制作的。據(jù)古羅馬政治家和史學(xué)家西塞羅記載，公元前1 世紀(jì)，波西杜尼斯制作了一臺(tái)天象儀。從這一記載來看，安提基西拉機(jī)器與這臺(tái)天象儀很相似。

古希臘人制作天象儀的時(shí)間可能比公元前1 世紀(jì)還早。西塞羅提到的由阿基米德在公元前3 世紀(jì)制作的銅機(jī)器，它很可能是一臺(tái)天象儀。有專家指出，巴比倫人在公元前205 年最先提出旋回周期的概念，隨后此概念流傳開來。當(dāng)時(shí)羅德斯島的天文學(xué)家希帕克斯可能算出了包括安提基西拉機(jī)器在內(nèi)的天象儀的數(shù)學(xué)機(jī)制。事實(shí)上，希帕克斯善于融合巴比倫人的數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)與古希臘人的幾何理論。

推測(cè)不等于事實(shí)

古人怎樣制造它仍需探索

中國古代也有復(fù)雜的鐘表裝置

2021 年，一個(gè)團(tuán)隊(duì)結(jié)合巴比倫天文學(xué)、柏拉圖學(xué)院數(shù)學(xué)和古希臘天文學(xué)理論，對(duì)安提基西拉機(jī)器的運(yùn)作原理提出了被認(rèn)為是迄今最合理、同時(shí)完全支持安提基西拉機(jī)器是天象儀這個(gè)推測(cè)的理論。

但推測(cè)不等于事實(shí)。如果古希臘人真的采用了像安提基西拉機(jī)器這么復(fù)雜的裝置來展現(xiàn)科學(xué)知識(shí)，那么該機(jī)器就向我們展示了古希臘人的宇宙觀。他們或許已經(jīng)意識(shí)到大自然是有運(yùn)行規(guī)律的，而這種思路正是現(xiàn)代科學(xué)觀的根基。從這個(gè)意義上說，如果古代機(jī)械師真的采用安提基西拉機(jī)器之類的裝置來模擬天體，那么他們就是天文學(xué)理論的最早提出者之一。

一些研究者至今都不認(rèn)可安提基西拉機(jī)器是天象儀的說法。他們的理由是，如果該機(jī)器真的是天象儀，那么根據(jù)其表面布局（前提是其表面布局正如贊同該機(jī)器是天象儀的人所推測(cè)的那樣），其核心僅25 毫米寬的空間內(nèi)必須聚集一系列非常規(guī)整的中空同心圓管?，F(xiàn)代機(jī)械師采用車床能精確制造這樣的圓管，但2000 年前的古希臘人可能擁有現(xiàn)代車床技術(shù)嗎？這種可能性很小。不過，采用古希臘人的方法，是否也能得到如此規(guī)整的圓管？科學(xué)家仍在進(jìn)行這方面的研究。