《时间之问14》古老机械的爱恨恩仇

《时间的问》是一模一样统作者及学习者对话交流之“记录”,选取“时间”作为跨学科讨论的红娘,联接起数学、天文、历史、集成电路、中国太古知识等不等科目,这些话题像一颗颗散的珠子,被“时间”这到底主线串联起。这里既可遇到祖冲之、郭守敬、庞加莱、Price等老科学家,也会发现庄、博尔赫兹、史铁生、柏拉图等文哲大家。

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引子:新技巧之起,让安提基特拉机械的钻来矣初的展开。安提基特拉机械越密,越抓住更多英雄登场,施展绝活破解千年的谜,一段段爱恨恩仇也随即上演。当谜底逐渐揭开,古人之灵性及精巧设计使得现代人为的叹为观止。


平宏观之后,老师跟学生在相同餐厅碰面了。上次她们聊至Price发表了长篇论文,论述他本着安提基特拉机械的摩登发现。这引起了伦敦科学博物馆负担工业革命时代机器的馆员Michael
Wright的关爱。

“Price发表之舆论题目大有意思的,《Gears from Greek》。” 学生说道。

“对。虽然Price的舆论长达到70页,但是标题却甚简单,Gears和Greek首字母相同,一下子就算于丁记忆犹新了。”

“这首文章的影响力非常怪吗?”

“这篇稿子成为安提基特拉机械钻的必读经典文献,让Price在科学界名声鹊起,奠定了他当安提基特拉机械钻方面的泰山北斗地位。这首文章面世后,给Michael
Wright的年青人留下了深刻印象。”

“Michael Wright?
就是我们上次涉的伦敦科学博物馆负担工业革命时期机器的馆员?”

伦敦科学博物馆 (Wikipedia)

“对。虽然他以博物馆里承担照顾的凡守现代之机,但他对古底教条安装为很感兴趣。他现已研究了史前因故来指示太阳、月亮与行星的职的行星指示仪,还研究了14世纪刚刚出现的机械钟。当Wright读到Price那篇著名的底文章时,他还独自是一个26春默默无闻的小馆员。他读了章后坏兴奋,这么一大来于2000大多年前之古希腊之手的机械,却较他研究过之所有古代机械甚至近代机械都不甘示弱,都迷人!”

“哦,他吗开针对安提基特拉机械感兴趣了。”

“嗯,他很细心地研读了Price的篇章,但是他意识文章里多少解释比较牵强,令他极为困惑。”

“哦,是也?比如说为?”

“例如Price的章针对性齿轮的个数表述是如此的,其中一个齿轮E5,Karakalos的夫人估计是50-52单年龄,而Price则以为48再次当,于是把其修改为48个。”

“哦,似乎有点牵强。”

“最受Wright感到疑惑的凡,为什么安提基特拉机械要用一个非常复杂的差速齿轮来实现月相的精打细算?他当伦敦科学博物馆做事时相一些像样之实现月相计算的教条,经验告诉他,这实质上可以为此非常简单的定位齿轮实现。”

“也就是说,Wright看没必要小题大做?”

“对。还有,Price曾认为后部的达标半部分凡因此来展示四年周期。可是怎么而为此同样组非常复杂的齿轮和五个同心圆来实现如此简单的效益也?这些还让Wright感到疑惑。”

“嗯。”

Michael Wright和他回复的安提基特拉机械

“Wright认为,Price的篇章所公布出的机要还远远不够,仍有过多未解的谜。一次于偶然的空子,Wright和Price相遇了。那是1983年,Price已经60多东,来伦敦科学博物馆参观新意识的Byzantine日晷。而这Wright还并未起研究安提基特拉机械,而他们见面两宏观过后,Price就死去了。”

“真遗憾,两人口并未真正深入讨论安提基特拉机械。”

“这行过后,Wright知道自己马上一世尽惦念做的事务了,就是亲身去雅典错过研究安提基特拉机械。但是他从来不工夫,也并未钱。过了一段时间,机会终于来了。”

“什么时?”

“Wrigth工作的博物馆里来了一个澳大利亚底访问学者,Allan
Bromley。他是悉尼大学计算机系教授,出身为天文物理学。他针对性先机械计算机非常感谢兴趣。他过来伦敦科学博物馆研究当代电脑先驱Charles
Babbage遗留下来的笔记和创作。Babbage研究的凡数字计算机,也就是说当齿轮转动时,数据计算的结果是盖数字之样式出口的。当他想念重建Babbage的精打细算机械需要一个熟悉齿轮机械的总人口扶时,人们往他推荐了正博物馆工作之Wright。”

“真是巧合。”

“于是两只人熟知以来,Wright为他介绍了他感恩戴德兴趣之安提基特拉机械。这个机械不同让Bromley研究的数字式的盘算机械,安提基特拉机械是模拟计算,输出结果莫是相同错离散的数字,而是连续变之角度。”

澳大利亚之Allan Bromley教授

“嗯,同意。那Bromley对安提基特拉机械感兴趣呢?”

“Bromley也面熟模拟机械计算机,但是他根本没听说过安提基特拉机械。这个隐秘之机械也许意味着在计算传统的初始,人们首先坏尝试着用机械装置来解方程并且把结果显示出来。Bromley觉得他当就是揭秘安提基特拉谜底的慌人。于是他同Wright联手,打算解开这个谜团。可是Price留下的X光图片并无多,他们用研究实物才能够解开复多的谜底。”

“所以她们只要以到进入博物馆的许可才行?”

“对,1990年1月,二丁得到了雅典国营考古博物馆之准,可以入博物馆研究安提基特拉机械。他们竟然到了雅典,开始了研讨。可是一开始连无如愿,因为Wright捅了一个大篓子,差点断送了整研究。”

“到底怎么了?”

“有同样上Wright在博物馆里独自研究,他把安提基特拉机械拿在手上反复查,突然他听见一声金属断裂的鸣响。Wright心里那个受一样望糟了,仿佛自己的心脏也如破裂了。这时他发现机械表面上亦然略片断裂了,掉了下去。Wright都呆了,他们到底才获了进来博物馆研究的机遇,可他倒无小心将这机械干破了一样块。博物馆要是掌握了,一定会管他赶。”

“Wright一定好够呛了咔嚓?”

“嗯,刚好Bromley不以博物馆,Wright只好壮着胆子向博物馆的职工解释,请求原谅他的疏忽大意。博物馆的食指拘禁了wright断裂下来的散,说了同一句被Wright大感意外的语。”

“什么话?”

“他说,这是一向的事,不要难了。因为机械表面覆盖了丰厚海水腐蚀后氧化层,过一段时间就会见发一个有些散断裂下来。”

“哦,有惊无险。”

“这时博物馆出了一个初的获取:1976年以地下室里发现了一个新的碎片E。这给Bromley和Wright对前景感到乐观。但是他们领略,要想解开复多之秘闻,就定要是能够看到重复多之机械内部结构。”

“嗯,有矣初的艺以及仪器才见面产生新的数额。”

“这时,又起一个机会来了。他们小心到同种植新的X光扫描技术,叫做线性断层成像(linear
tomography),这项技艺最早采用为世界大战期间医生一定体内的子弹的职位。但是倘若稍微修改一下,改变X光机的聚焦点和角度,就足以呈现出被射物体中不同深度的状况。这种技能好来得有机械内部不同深度的布局。”

“看来机遇还是挺垂青他们之,至少他们比Price幸运多了,Price可是等了十几年才等交了美国橡树岭实验室的X光技术。”

“于是Bromley和Wright搭建了千篇一律尊这样的X光机,亲自测试成像效果,实验获得了开始成功。”

Bromley和Wright得到的安提基特拉机械的X光图片

“后来她俩开展快如何?”

“他们回去雅典,用新章程扫描。Bromley和Wright都发生自己之办事,只能使积累的年景休假前往雅典扫描。经过了三单寒暑假,扫描工作结束,他们由各个角度扫描了机械,认为不管数量要质量还早就足足完美,最后收获了700差不多布置图像。”

“拿到了这么多图像,可以起分析了咔嚓?”

“Bromley的假日结束了,他准备将这些还拉动回悉尼拓展研讨,因为他是这项研究的基本,是外争取到上博物馆之身份的。Wright除了利用自己之业余时间帮忙之外,什么啊从未赢得,十分火。”

“后来呢?”

“Wright回到伦敦,生活方方面面都更换了,老婆离开他如果去,他呢去了外的工作间,他变得烦,博物馆上司甚至提议外失去开心理治疗。当他初步装修新屋时,不幸摔倒,手部受伤,差点失去知觉,过了几乎年才渐渐恢复。他以为自己的人生了浪费掉了。他将毕生最为好之时段让了这个机械,如果没有安提基特拉机械,他竟是都未亮堂生活在还有什么意义。”

“在这种气象下,Wright还会开呀啊?”

“没有X光影片,他光出思考。他重复思考Price文章里之疑团,他意识只要用一个差速齿轮把太阳的动转化为月球的走,二者的快不是相减而是相加,他当Price一定是差了。”

“可是没有了X光照片,光想也从来不就此什么。”

“嗯,几年过去了,在二十世纪就要过去每每,Price突然接到了Bromley妻子的通信,告诉他Bromley得矣癌症,想表现他最终一面。Wright飞到澳大利亚,惊讶地窥见Bromley变得如此衰老及虚弱,和原先判若两总人口。
外提出把一部分肖像送给Wright。两口赶上一乐泯恩仇,又还述说从于雅典一同渡过的老三只年度,最后Bromley把储藏的X光照片还给了Wright。”

“这下同时得初步研究了。”

“嗯,Wright回到伦敦,重新开分析这些照片。他夜以继日地思量,做出了一个视死如归之只要:他觉得当前边板上已经有不少齿轮,用来学和指令行星的动。”

“这个视角以前Price没有涉及过吧?为什么Wright能提出如此平等种大胆的设?”

“Wright在伦敦科学博物馆办事之间便了解,有一致种植齿轮组可以效仿行星的走。这组齿轮有一个输入,一个输出。只不过是输出不是匀速的转,当一个不怎么轮子绕在主导轴转动时,输出转速时快时慢。这种齿轮组和叫本轮。”

“这种时快时慢的齿轮有什么用处吧?”

“这正可以效仿太阳系行星的椭圆形轨道!还记开普勒定律也?行星在椭圆形轨道的近年触及运行快,而以远日点运行慢。虽然古希腊口未理解行星的守则是椭圆形的,但是这种齿轮刚好与相的结果最符合。”

“看来理论有时候也晚于技术出现。不过自己生一个问题,我记忆古希腊总人口觉着具有星体的轨道都是正统圆形,因为圆形最周全。但是实际太阳、月亮的轨道并无净是环。怎么用全面的环来出椭圆形的清规戒律为?”
学生问道。

“这难休倒希腊人,他们在周的轨道及又折加了一个初的多少轮子,二者叠加后便会见产生椭圆形的清规戒律。”

“我杀不便想象出来,能选出个例子也?”

“比如,一个小球本正规的圆形轨道顺时针旋转,同时其呢绕一个小圆顺时针旋转,那么当半种运动以及方向时,从表看小圆的进度再快,而当双方的运动方向相反,则小圆的速变慢。”

以环的轨道及再折加一个初的圈轨迹,就会面世突发性快有时慢的移位速度.jpg

“是哪位想有这样优秀的主见的?”

“这个考虑最早是古希腊的Apollonius提出来的。我们本知道,我们于地球上看到的行星的准则,实际上是行星本身的移动和我们地球运动叠加后底结果,所以行星在我们看来时快时慢,甚至会逆行一段子。而古希腊的智囊雄心勃勃,想管我们看来的天空行星的实在活动轨迹在如此一个机械安装中一个小球时快时慢运动的小球模拟下。”

“哇,这只是算一个神勇的想法。即使是现代人,也非是那爱做出来。那古希腊人是怎么开的为?”

“比如,要效仿水星的准则,我们要一个深之转台子来套地球绕在阳光的倒(或者打地心说之角度,太阳绕地球的移动),然后我们要以这个旋转台子上更装一个有点的齿轮来学水星绕太阳之位移。这样,二者的动叠加,我们就会获取小齿轮(水星)相对于那个旋转台子(地球)的移位,这跟真观测的天象应该是入的。”

“这个想法算最漂亮了!可是,我还有个问题:大旋转台子的快慢杀爱懂,就是地球绕太阳一到,也就是是平等年。可是,怎么确定小齿轮(水星)的运作速度吗?”
学生问道。

“你想想,应该能够想出来。”

“哦,给自家点时间… 是为此齿轮比也?”

“详细说说。”

“我们之前讨论了,地球和水星的公转周期比较大致是4:1,只要掌握了球的周期,再用4:1的齿轮就可以获水星的运转周期。”
(《时间之问10》
太阳系的门舞会)

“嗯,没错,你的悟性不错。只要掌握了水星和地球的公转周期的于,就好如法炮制水星的骨子里活动,包括时快时慢甚至逆行。而五大行星的公转周期是生爱观察出来的。”

“嗯,理论及立刻是实用的,也符合这希腊总人口之数学知识和指向天地的认识。可是会于安提基特拉机械及找到这么同样栽齿轮的凭据也?”
学生问道。

“你说之针对,要是Wright能找到这样同样组齿轮,就足以证实这个机械安装可以为此来套行星的位移。Wrighe从Price的稿子里读到,在四臂大轮上出有稳的方形的伸出来的小柱子,Wright推测这正是本轮所用之转轴。我们头提到的十字形的季臂大轮就是挺大旋转台子,正是其带来在小柱子上面的稍轮子旋转来法水星和金星的走!”

季臂大轮上发一些稳的方形的伸出来的小柱子,Wright推测这正是模拟行星运动所要之转轴

“真是无比强了。那除了金星和水星,其它行星的走也可为此这种措施模拟吗?”

“不是,对于地球轨道之外的外行星,情况略复杂,但是Wright想到了一个初主意,并把结果刊登在2001年之一个希腊召开的会上。”

“后来呢?”

“接下Wright动手制作这样手工模型,希望用她以身作则安提基特拉机械的运行。但是还有一个题材无解决。”

“什么问题考古发现?”

“希腊人已经亮月球与日光运行的速并无是匀速,而是以转变。虽然希腊人看具有星体的轨迹都是圈子,但是他们发展来本轮或者偏心圆的辩护来分解这些。虽然月与日光围绕着地做圆形的轨迹及运行,但是它的圆心稍有些偏离了地球。那么在一方面,太阳或月球距离地稍近一些;而以另外一端则距离地又远。这样Wright就能效仿太阳及嫦娥的椭圆形轨道了。”

“嗯,有道理。”

“然后Wright开始研究安提基特拉机械的晚半有些,不过此时他听说他来了竞争对手。”

“哦?这口吧是一模一样位科学家?”

“确切说凡是均等各项数学家兼纪录片制片人Tony Freeth,以及天文学家Mike
Edmunds。Tony
Freeth是同个数学家,但是他意识用影像的措施制作的纪录片能还好地奔群众展示对的神奇,所以他兼任做纪录片的制片人。和Wright一样,Freeth和Edmunds也是英国人口。”

Tony Freeth (左三,数学家、制片人),Mike
Edmunds(左二,天文学家),Yanis
Bitsakis(左一,科学史、物理学家),Alexander Jones(科学史、哲学家)

“哦。Wright怎么知道他来矣竞争对手呢?”

“根据Wright的传教,有雷同不行Edmunds打电话给Wright,就安提基特拉的有的题材提问了外,随后Edmunds发表了平等首关于安提基特拉机械的论文,但是没签字Wright,这为Wright心存芥蒂。后来Edmunds想使Wright的X光照片,Wright婉拒了。于是Edmunds与Freeth决定自己失去说服希腊合法进入博物馆开展研讨。”

“这时Wright感受到了竞争的下压力?”

“对,他得加快研究速度。但是他工作之伦敦科学博物馆确定外不克运用工作时间举行要好的贴心人研究,他只好利用业余时间和假日时间研究。他胆大心细研究了颇具的X光照片,并且以2003年登出了有些收获。”

“他起啊发现呢?”

“他意识,在后面板的上半部有一个如螺旋的状,有5缠绕,每个圈分成47客,总共是235份,刚好是默冬周期的235独朔望月。他尚发现发一个分成4客的微拨盘。他怀疑应该是代表Callippic周期,因为其刚包含4独19年底默冬周期,也尽管是76年。因为每年大概365而1/4龙,那么Callippic周期的76年排了麻烦的1/4天。在前面板,除了有指令日期及地位置的功用,Wright看还有一个力量,就是月相的指示。”

“指示一个朔望月之月缺月圆?这神奇得多少不可思议了!”

“对,Wright推测应该发个用牙做的多少圆球,一半擦成黑色,另一半是逆。它旋转时,白色部分全体浮在外边就是是满月,露一半纵是半月,露出的且是黑色就是元月。”

Wright推测应该生出只用牙做的多少圆球,一半敷成黑色,另一半是白。它旋转时,白色部分普现在外头就是是满月,露一半尽管是半月,露出的且是黑色就是新月
(Wikipedia)

“这真的是一个精制的统筹。可及时是怎么落实之为?”

“Wright看一定非是经Price提出的差速齿轮,而是相同种植类似本轮的齿轮。”

“Wright怎么这么自然为?”

“因为Wright对靠近现代机械安装里的月相指示很熟稔,而这种看似本轮的齿轮在文艺复兴以后很广泛。”

“那在安提基特拉机械及Wright也发觉了仿佛的齿轮吗?”

“嗯。经过周密观察,Wright在我们刚说的大旋转台子上发现一个双齿轮系统,一个齿轮坐落在旁一个齿轮上,几乎是刚对正值,但其实圆心偏移了一点点。底下的齿轮应该发生一个崛起的插头,嵌入到上面的齿轮的槽中,这样下面齿轮的运动会带动地方齿轮。由于个别单齿轮的圆心有些微偏移,所以下齿轮的插销会在槽里向上或朝向下更换滑动,从而离开或向上面齿轮的着力走,这样即便会叫她的团团转速度发出时十分时有点之波动。”

“哇!这算最精细了,又平等次等惊到了自。”

“Wright在其它天文钟里看过类似的装置,这是为仿效行星在椭圆轨道上快的更动。在古希腊秋,没有丁会用数学方法描述行星的椭圆形运动,但是古希腊人Hipparchus确实以方程里应用了这种进度之动乱来描述太阳和月的运动。”

“这是一个激动不已的发现吧?”

“对,这支持了Wright的见地,他觉得这些插销和槽是为此来学前面板上月球与阳光的变速运动的。但又,Wright的竞争对手也马不歇蹄地工作在。”

“哦,是也?他们在举行呀?”

“此时,Freeth和Edmunds提出了极大之国际合作研究计划,经过5年说,他们到底说服了雅典方面同意他们进去博物馆针对安提基特拉机械进行新一轱辘扫描。”

“Wright必须争分夺秒了。”

“是的。经过不懈努力,Wright在2005年10月临雅典,带在他的新式制造的手工模型,演示了她的行事。他现已研究了20基本上年,从一个20基本上年的青年变成了一个每当安提基特拉机械钻方面的高贵。他当集会上演示了他制作的范,这成了本次会议的高潮。恰好Tony
Freeth和外的团伙吗于雅典对安提基特拉机械进行围观,他看到了Wright演示的范,然后就是返回了伦敦。他的合作伙伴们刚忙于着,整理数据,一集新的竞争将开了。虽然Wright发表了流行的发现,但是Tony
Freeth还是充满信心,因为她们出矣一个杀人犯锏级的意识。”

“什么发现?”

“博物馆此时察觉了平片新的安提基特拉机械的散!Tony
Freeth的组织对斯新碎片进行了扫描。”

“哇!究竟鹿死谁手还不自然也!这下发出好戏看了。”

“嗯,今天之辰不多了,我们下次再也聊吧。”

“好的,老师再见!”


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有关作者:笔名偶遇科学,微电子学博士,喜欢求事物背后的故及不同学科的牵连,寻求对与人文的齐心协力。求学和教学的涉被他沾了严谨的思考精神,更给他亮了天经地义背后温情与人文不可或缺。每周他和学生在餐厅的永恒约会,话题无所不包,一起发现科学、并享受思考的趣。


参考文献:

  • Jo Marchant, “Decoding the Heavens: A 2,000-Year-old Computer and
    the Century Long Search to Discover Its Secrets”, November 2008,
    William Heinemann Ltd.

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