安提基特拉机械

模拟计算机

安提基特拉机械，是为了计算天体在天空中的位置而设计的古希腊青铜机器，属于模拟计算机。该机器于1900年在希腊安提基特拉岛附近的安提基特拉沉船里被发现。制造年代约在西元前150年到100年之间。现藏于希腊国家考古博物馆。类似的工艺技术（天文钟）在欧洲直到14世纪时才出现。

历史由来

安提基特拉机械是现今所知的最古老的复杂科学计算机。该机器内含多个齿轮，有时被认为是世界上第一个模拟计算机，其结构的完整，说明在希腊化时代可能还有些更老的类似仪器尚未被发现。该机械可能是依照古希腊天文学家发展的天文学和数学理论制造，其年代大约是公元前150到100年之间。

现代学者的共识是该机械是在希腊语使用区域制造，所有机械上组件的文字都是通用希腊语。一种假说认为，该机械是在希腊当时的天文和机械工程中心罗德岛上的斯多亚学派学者波希多尼制造，而天文学家喜帕恰斯参与了设计，因为该机械采用了喜帕恰斯的月球运动理论。但由安提基特拉机械研究计划于2008年7月31日发表在自然期刊的论文，则宣称该仪器概念是来自于古代科林斯的殖民地，并可能和阿基米德有关联。

安提基特拉机械是在希腊安提基特拉岛Glyphadia海岸外的沉船中发现。该沉船发现于1900年10月，潜水员在船内发现大量的艺术品，都保存于雅典国家考古博物馆。1902年5月17日，考古学家维拉理奥斯·史大理斯检查发现的沉船中物品时发现一个齿轮嵌在一块岩石中。史大理斯一开始认为这是天文钟，但多数学者认为这是时代错误，这物品和同时期发现的其他东西相较之下太过复杂。对该物品调查的热潮很快下降，直到1951年英国物理学家德瑞克·约翰·德索拉·普莱斯对该机械表现了高度兴趣。

该机械为什么会在货船上的原因已经无从得知。研究者认为该船可能是从安提基特拉岛上掠夺的物品，要送往罗马作为尤利乌斯·凯撒的凯旋式上展示之用。

机械部件

安提基特拉机械以其小型化和其部分装置的复杂性可与19世纪机械钟表相比而闻名。它有超过30个齿轮，虽然麦可·莱特认为它可多达72个有正三角形齿的齿轮。当借由一个曲柄输入一个日期，该机械就可算出日月或行星等其他天体位置。因为该机械是以地球表面观测天球者为参考座标，因此该仪器是基于地心说建立。

该机械有三个转盘，一个在前方，另外两个在后方。前方转盘有两个同心圆刻度，外围刻度是基于“天狼周期”（Sothic cycle）的365天古埃及历法，或称为天狼年。内圈刻度是古希腊的黄道带符号，并以角度区分。历法的转盘可以取下，并借由在毎四年将后方转盘往之前回转一天以补偿每个回归年中多出的四分之一日（一个回归年有365.2422日）。第一个有闰年的儒略历是在西元前46年出现，但该仪器在儒略历之前一个世纪就已完成。

前方的转盘可能至少有三个指针，第一个指针指示日期，另外两个则分别指示太阳和月球位置。月球的指针已被调整过代表月球轨道的变化，因此相信太阳的指针也有过类似的调整，但相关机制的齿轮（如有）已经不存。前方转盘的第二个功能则是有一个月球的球形，做为月相指示。

该机械上有火星和金星的刻字，这代表其制造者知道如何配置齿轮显示这两颗行星在天球上的位置。有些推测认为该机器可以指示所有古希腊人知道的五颗行星。但关于行星位置的部分除了一个齿轮存在以外，其余下落不明。

最后，安提基特拉机械前方面板是现代天文年鉴的前身（Parapegma），可以设定标记特定恒星的升起。一般认为每颗恒星都以机械上一个希腊文字母做标记。

在机械后面上方的转盘是螺旋形，每次旋转分成47个部分，代表19年或235个朔望月的默冬章。该循环对于历法修正很重要。

机械后面下方的转盘也是螺旋形，分成223个部分，代表沙罗周期，另有一个较小的辅助转盘代表三倍沙罗周期，54年的转轮周期（Exeligmos）。沙罗周期是由迦勒底人发现，其周期长度大约是18年11日8小时，是特定食的周期。

转盘的四个部分刻上了年分和泛希腊运动会：科林斯地峡运动会、古代奥林匹克运动会、尼米安竞技会和皮西安竞技会；以及两个次要的运动会：在希腊多多纳举行的Naa运动会和另一个未知其名的运动会。

研究过程

安提基特拉机械是世界上已知最早的齿轮装置。自从发现以来一直让科学史和技术史专家好奇又疑惑。数个个人或团队研究已经对其机制有更进一步了解。主要研究人员有：首先研究它的德国语言学家阿尔伯特·雷姆、德瑞克·约翰·德索拉·普莱斯（包含哈拉兰伯斯·卡拉卡洛斯和其妻子艾蜜莉）、艾伦·布隆莱（和法兰克·帕西瓦尔、麦可·莱特和伯纳德·贾德纳）、麦可·莱特和安提基特拉机械研究计划团队。

德瑞克·约翰·德索拉·普莱斯

经过前人数十年为了了解该装置的研究后，1951年英国科学历史学家德瑞克·约翰·德索拉·普莱斯对该机械进行了系统性研究。

普莱斯以标题“时钟以前的发条装置”（Clockwork before the Clock）和“发条装置的由来”（On the Origin of Clockwork）发表了数篇论文。发表时间早于1959年6月出版的关于机械运作机制的第一个主要著作：“古希腊的电脑”（An Ancient Greek Computer）。这是科学人的头条文章。根据亚瑟·查理斯·克拉克的书《克拉克的神秘世界》（暂译，Arthur C. Clarke's Mysterious World）第三章最末，该文章似乎最早是发表在亚瑟·查理斯·克拉克著作中。在“古希腊的电脑”一文中，普莱斯进一步发展其理论，并表示安提基特拉机械式计算行星和恒星运动机械，可能是世界最早的模拟计算机。在那之前对于安提基特拉机械有许多不明之处，虽然它被正确地认定是一个天文仪器，但它被认为可能是星盘。

1971年，当时是耶鲁大学科学史首位阿瓦隆讲座教授的普莱斯和希腊德谟克利特国家科学研究中心的核物理学家哈拉兰伯斯·卡拉卡洛斯合作。卡拉卡洛斯使用伽马射线和X射线对安提基特拉机械摄影，得知了其内部配置的关键讯息。

1974年时普莱斯发表文章“来自希腊的齿轮装置：安提基特拉机械－约西元前80年的历法电脑”（Gears from the Greeks: the Antikythera mechanism — a calendar computer from ca. 80 BC），在该文中他提出了安提基特拉机械的机制模式。

普莱斯在以上文章中发表的模式是首个基于放射影像所见该机械内部结构之后，提出的首个理论重建模式。他的模式中，机械前方的转盘代表太阳和月球在古埃及历法上黄道带的位置。在仪器后面的上方转盘则显示一个四年周期，并且和显示周期为235个朔望月的默冬章相关，这和19个回归年大致相等。后面的下方转盘则是一个朔望月的周期和12个朔望月的太阴年。

他的模式中最主要的意见是，该机械使用了在机械中用以增加或减少角速度的差速齿轮。这方式是将恒星月的月球运动减去太阳运动效应以计算月相的周期。

艾伦·布隆莱

一个和普赖斯有差异的重建模型是由澳大利亚悉尼大学的计算机科学家艾伦·布隆莱和悉尼的一位钟表师法兰克·帕西瓦尔建立。布隆莱和麦可·莱特合作使用更精密的X光影像重建新的模型。

麦可·莱特

曾担任伦敦科学博物馆机械部门主管，现任职于帝国理工学院的麦可·莱特和艾伦·布隆莱提出了对原始残骸的重新研究。他们使用了由身为退休放射科医师的顾问艾伦·柏德列治建议，使用称为线性X射线断层扫描技术。对于这一点，莱特设计了一个线性断层扫描仪器，该仪器可产生平面断层造影。该研究的早期结果在1997年发表，发现普莱斯的重建有根本上的缺陷。

对于新影像的进一步研究促使莱特提出新看法。首先他将普莱斯的模式进一步发展，认为该仪器相当于一个天象仪。莱特的天象仪不只可模拟日月运动，还可显示内侧行星（水星和金星）和外侧行星（火星、木星和土星）的运动。

莱特提出该机械的日月运动是基于喜帕恰斯的理论，五颗古典行星的运动则基于阿波罗尼奥斯的简易周转圆运动理论。为了证明在仪器中使用了该技术，莱特建议了类似天象仪的模式。

莱特还在普莱斯的 C 残骸上第一部分所附的27:31齿轮上进一步研究，该齿轮最终被确定是显示月相之用。他提出这是借由旋转一个半镀银的球状物来显示月相，这显示了月球的恒星周期和太阳的年周期差异。这比先前所知的最早机制早了1500年。

更精确的齿轮齿数此时也已得知，因此可进一步发展新的齿轮配置模式。更正确的资讯允许莱特可以确认普莱斯建议的后方面板的上方转盘是显示235个朔望月，分成五个旋转量度的默冬章。此外，莱特还提出了惊人的看法，他认为仪器后面的上方转盘是每次旋转包含47个部分，总共五个旋转量度的螺旋形转盘。因此他提出了该转盘是显是默冬章的235个朔望月的看法（19个太阴年相当于235个朔望月）。莱特也观察了残骸上的文字，并提出附属转盘上的指针是计算四个19年周期，即相当于76年的卡利巴斯周期。

基于更多暂定的观察结果，莱特也认为仪器后面下方的转盘是计算交点月，是用来预测日月食的。

所有的研究结果都已经纳入莱特的模式，并且可制造一个拥有以上机制的机器并成功运作。

尽管有高分辨率的线性断层扫描造影，莱特仍然无法将所有已知的齿轮调整进一个单一的机制，这使得他更进一步提出的理论中改变了原始的机制，部分天文功能取消或增加。

最后莱特出版了相当多研究成果；他最后也总结性的指出，普莱斯的差速齿轮配置是不正确的。

2006年时，莱特完成了他相信几乎正确的复制品。

莱特和安提基特拉机械研究计划成员仍同时进行安提基特拉机械的研究。莱特稍微修改他的模型，引进了计划团队建议的针状和槽状啮合齿轮，这更精确模拟了月球的角速度异常变化。2007年3月6日他在希腊的雅典国家考古博物馆展示了他的模型。

2005年10月21日，相关研究人员在雅典宣布新发现了安提基特拉机械的其他残骸。此时该机械总共有82块残骸。大多数新发现的残骸都已确定，但仍待保护。

2005年，X射线检测提供了关键的线索——残片内部隐藏了数千个一直都未曾被阅读的字符。雷姆在1905年到1906年间的研究笔记表示，前板载有可知太阳和行星位置的同心环形天象演示系统。装置配有前、后两盖以保护显示系统，并刻有大量铭文。2005年的扫描结果显示，后盖上的铭文是一份“使用手册”。2016年，纽约大学天文学史教授亚历山大·琼斯（Alexander Jones）在这段铭文中发现了可以证明雷姆观点的确凿信息：铭文对如何用标记珠演示太阳和行星位置有着详细的描述。

目前，安提基特拉机械已被基本复原。

复原成果

以下是托尼·弗里思研究团队的最新复原成果。

安提基特拉装置的制作者无论使用什么周期数据，都需要遵循三个标准：精确性、可分解性与经济性。简省且高效，是安提基特拉装置齿轮传动系统的一个关键特征。新的行星周期数据可以纳入齿轮传动的复原系统之中。这个系统允许安提基特拉装置的制造者在同一个面板上安装若干齿轮，并使其与周期关系进行精确配合。

新模型使用69个齿轮，构成了一个具有惊人复杂程度的天文计算工具。高效的7齿轮传动系统错综交织于主驱动轮柱状结构所支撑的面板上。同时，该传动系统的输出顺序决定了前板同心环形系统的布局设计，此顺序即当时通行的宇宙天体秩序——月亮、水星、金星、太阳、火星、木星和土星。在这个重建模型中，两块面板之间的可用空间刚好能够容纳所复原的齿轮系统。

功能推测

德瑞克·约翰·德索拉·普莱斯提出该装置可能是公开展示，地点或许是罗德岛上的博物馆或公共会堂。罗德岛在当时是以机械工程闻名，尤其是罗德岛人擅长的自动机械。古希腊九大抒情诗人中的品达在他的第七首奥林匹克颂中提及：The animated figures standAdorning every public streetAnd seem to breathe in stone, orMove their marble feet.栩栩如生的画像放置著，装饰每一个公共街道，和似乎在呼吸的石块，或移动它们的大理石基。

反对该机器是公开展示用的理由如下：

1.该机械是小型仪器，代表该设计者的设计是紧凑设计，结果就是前方和后方转盘的尺寸并不适合公开展示。一个简单的比较就是雅典的风之塔，这代表该仪器的设计是做为方便携带，而非固定在一个地方。

2.该机械有一个刻上至少2000个字母的盖子，因此安提基特拉机械研究计划的人员经常认为这是仪器说明书。这代表是为了便于携带和个人使用。

3.“说明书”的存在代表该装置是科学家和工程师设计作为非专业的旅行者使用。（记载文字有许多关于地中海的地理位置资讯）

该机械不太可能作为航海仪器原因如下：

1.日月食预测等资料并非航海必要。

2.海洋的潮湿多盐环境会使齿轮快速腐蚀，使其无法使用。

2008年7月31日，科学家在《自然》期刊发表了相关新发现，该机械的机制可以追踪默冬章、追踪日食和计算古代奥林匹克运动会的时间。仪器上的文字与希腊西北部的伊利里亚和伊庇鲁斯，以及克基拉岛各月份的名称密切相关。

此前人们认为该装置是古希腊人使用的一种计算器，用来描绘天空中行星的运行轨迹，以帮助当时的人识别方向。然而，科学家们现在破解了这部装置表面破损的铭文后发现，它实际上是用来研究占卜星相的。

历史意义

安提基特拉机械装置是其同时代的一个孤例。它凭一己之力改写了我们对古希腊技术的认知。过去我们只知道古希腊人的能力强大，在安提基特拉装置之前，他们已经建造了帕特农神庙和亚历山大灯塔。他们有水管，也用蒸汽来操作设备。

但在这个装置被发现之前，人们普遍认为古希腊的齿轮只限于风车和水磨中的粗糙结构。除此之外，已知最早的精密齿轮装置出现在大约公元600年的拜占庭时期，那是一个相对简单但在同时期依然令人瞩目的齿轮式日晷。直到14世纪，科学家才发明了第一个精密天文钟。这样看来，安提基特拉机械装置的精密齿轮轴承结构完全不同于古代世界的其他任何装置。

类似装置

西塞罗的著作《论共和国》，一本西元前一世纪的哲学对话录，提及两个现代被认为是某种天象仪或太阳系仪的仪器，可以预测日月和五颗行星在天球的位置。这两个仪器都是由阿基米德制造，在阿基米德于西元前212年的叙拉古围城战身亡后，这两台机器被罗马将领马库斯·克劳迪乌斯·马塞拉斯带回罗马。基于马塞拉斯对阿基米德的尊敬，并且其中一个仪器是在围城战后阿基米德保存的少数文物（另一台奉献给维耳图斯神庙），该机械被当成传家宝。

至少有一个阿基米德制造的仪器相当类似安提基特拉机械，而且直到大约西元前150年仍在使用。

西塞罗提到的任何一个仪器或许并不是在沉船中找到的安提基特拉机械，因为阿基米德的设计和西塞罗所提的都是在预测的船沉日期之后至少30年的罗马，而且第三个仪器几乎确定在当时是在波希多尼手中。重建安提基特拉机械的科学家也同意该机械太过精密，而不可能是有一无二的。

根据西塞罗所述，安提基特拉机械可能不是有一无二的。这些纪录让人更加确定在古希腊已经有复杂机械技术，而且至少有一部分技术稍后传到了同样有复杂机械技术的拜占庭帝国和伊斯兰世界，虽然在中世纪的机械比安提基特拉机械简单。已找到一个制造于5或6世纪拜占庭帝国，和一个日晷相连接的日期齿轮的残骸；该仪器可能是做为报时辅助。在伊斯兰世界中，西元9世纪早期阿拉伯帝国的哈里发委托巴努·穆萨写下的《巧妙设备之书》（Book of Ingenious Devices，暂译）。该书描述了超过一百个机械装置，部分装置可追溯到保存在神庙中的古希腊文献。一个大约1000年时由科学家比鲁尼描述的齿轮报时机类似拜占庭帝国的装置，而一个13世纪的星盘也包含了类似的报时装置。这个技术可能在中世纪时传入欧洲，并对钟表科技的发展做出了贡献。

文艺形象

安提基特拉机械出现于金·史丹利·罗宾逊的小说伽利略的梦（Galileo's Dream）第293页。该机械在小说中是八个用来进行时光旅行的装置之一。

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省

云南省