考古发现《时间的问13》窥探安提基特拉机械的内部

《时间之问》是同等管作者和学生对话交流的“记录”,选取“时间”作为跨学科讨论的媒人,联接起数学、天文、历史、集成电路、中国先知识等不同科目,这些话题像一颗颗粗放的珍珠,被“时间”这穷主线串联起。这里既好赶上祖冲之、郭守敬、庞加莱、Price等非常科学家,也会发觉庄、博尔赫兹、史铁生、柏拉图等文哲大家。

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内容梗概:Price终于打开了为安提基特拉机械的钥匙,窥探到了教条主义的内部结构。透过同样种植独特之X光,安提基特拉机械的其中面貌穿越了2000大抵年上现在他前方。他观看了整对如之齿轮、精细雕刻之铭文,漂亮的同心圆…
他小心计算了齿轮的个数,甚至推算出了之机械可以自行测算产生古希腊的默冬章。


一律圆之后,老师跟生以平等餐厅碰面了。

“要解开安提基特拉机械的谜,必须要澄清它的内部结构。” 先生商议。

“嗯,是的。可是这个机械安装是青铜制作的,而且经过了2000年海水的腐蚀,恐怕早已脆弱不堪了吧?”
学生问道。

“嗯,要是强行撬开,一定会损坏内部的齿轮。必须找到同样种不侵入式的办法。”

“我合计,那用X光应该可以关押明白机械内部的布局也?” 学生问道。

“普通的X光恐怕不行,因为青铜金属会阻挡X光,我们只能看到一个概略阴影,而看不清楚内部的精细结构。自从1950年代Price开始研究此机械,一直顶60年间,虽然研究收获了有些拓展,但是完全达成不慌。”

“那Price一定好失望吧?不懂得内部结构就无法证明他的想法。”

“嗯,但是到了1970年份时终于来了。”

“什么时机?”

“1971年Price读到了平首最新研究的章,就于几只月前,美国橡树岭国家实验室起了一个初的意识。他们发表了相同首文章,描述了放射性同位素产生的伽玛射线如何用于穿透金属内部物体,而无论是需破坏文物或艺术品。”

“这项研究成果会于安提基特拉的钻来了初的起色?”

“嗯,来得虽然有些晚,但幸好Price想使的技术。”

“哦,看来要看不同科目的新颖文献才能够抓住机会。那接下去Price怎么开的为?”

“他即刻写信给橡树岭实验室的领导温伯格(诺贝尔物理学奖获得者),请求使用这项技能来扫描安提基特拉机械。”

温伯格 Steven Weinberg

“温伯格同意了啊?”

“那时Price在希腊,而温伯格以美国,所以温伯格推荐了和睦于希腊之同行,请Price联系希腊原子能委员会的Karakalos。”

“哦,远水解不了近渴。”

“Price又就找到了Karakalos,但Karakalos
却为难了,因为他的实验室还未曾完全盖好,能不能够扫描这么一个严重腐蚀的教条还是未知数。”

“哦,真不凑巧。”

“不过,更特别之不方便来于雅典邦考古博物馆。上同一不行Price来到博物馆研究安提基特拉机械,只是凭肉眼观看,所以馆方同意了。这等同糟糕,Price要为此同种神秘之射线照射扫描,馆方有点想不开:会不见面针对机械造成无法弥补的损害,会不见面生什么错。博物馆开始动摇而无若允许Price做这么的铤而走险。”

“嗯,这个麻烦似乎还老。”

“Price又平等糟施展他的人口才,充分讲解了扫描是机械的必要性、以及这时机是多么宝贵,还信誓旦旦地做出了保证。”

“博物馆答应他了啊?”

“馆长最后耸耸肩,表示同意了。”

“接下去就是是什么利用这项新技巧来围观了?”

“对,虽然人类曾经以1945年7月16日以美国新墨西哥沙漠成功引爆了第一粒原子弹,原子时代在当年已经起了。但是人类和平利用原子能的过程也毫无一帆风顺。不过Kakakalos还是应帮忙。”

“终于可以进博物馆扫描了。”

“Kakakalos建立了一个暗室,对机械进行了启幕扫描。他因此放射性元素轰击机械,有些射线被金属挡住了,有些没有于金属挡住,于是以后边的银版上留影像。”

“成像的机能怎么样?”

“经过严谨地冲,一称图像最终出现了。Kakakalos对Price说:图像质量还不错,可以见到齿轮边缘之小齿!Price非常高兴了,安提基特拉机械的中间面貌穿越了2000多年上现在他俩前面。”

Kakakalos和Price得到的安提基特拉机械的X光照片

“哇,X光的想法得到了证明,接下去也?”

“接下去,Kakakalos拍摄了还多之肖像,他转拍摄角度,并且调动不同之曝光时,得到了过多图像。”

“有矣内图像,该做呀了?”

“Price告诉Kakakalos,他期望找人拉数时而每个齿轮上小齿的个数。于是Kakakalos找来自己的女人帮忙,因为她是一个非常密切的食指,非常适合这种辛苦细致的工作。”

“数齿轮也终于艰辛的劳作?”

“嗯,别小看这个工作。有些许只极度特别的紧巴巴:一是无数齿轮已经有些短失了,只剩余部分,丢失的齿轮数只能估算。另外,许多齿轮在X光的成像下是重叠在协同的,很麻烦识别出到底是何许人也齿轮。”

“哦,原来如此。”

“Kakakalos的妻妾将相片置放放大镜下面细察看,计算每个齿轮的大大小小、所占有的角度,并且使量出那些欠失的齿轮的个数。最后,她把这些结果报告Price教授。”

“Price拿到这些数据做什么吗?”

“他将到数量后开始着手计算,并预测这些齿轮的意。”

“我猜齿的个数对于解读是机械的图大重大吧?” 学生说道。

“你说之不胜对,它是解秘密的重要。之前我们说了,安提基特拉机械的前面板指示日期,也尽管是太阳的轨道,而Price推测后面板可能是暨月的活动有关。但是由日期(太阳之位置)来推算出那么同样龙之月相(月亮的职务)并无那么容易,就好象我报告您今天是9月9日,你能够通过测算告诉我阴历的日期为?”

“哦,确实无那么爱。我眷恋起来了,这是坐太阳的周期同玉兔的周期并无是整数倍增,二者的活动不齐。”
学生说道。

“对,太阳周期和月周期可以接近表示也19年7闰,中国汉朝底《太初历》里早已用了19年7闰,古巴比伦人和古希腊丁乎观察到了这种规律。也就是说19年里安插入7独闰月,总共是228+7=235单朔望月。换句话说,19只回归年约等于235只朔望月。”
(《时间之问》第5周B
闰月的数字秘密:19年7闰)

“古希腊人也要命关注月相为?” 学生问道。

玉兔与太阳

“对,他们跟九州丁平等好关爱月亮的圆缺,一方面用来测算日子,一方面月食对于古希腊人同样有特殊的义。所以她们一面想清楚太阳之职务,一方面为想了解月球的职。如果知道了阳光之岗位,那么就算可由此是关系推算出嫦娥的职。古希腊底天文学家默冬(Meton)于公元前431年通告推导出来19年7闰,历史及名默冬章。”

“这片个民族虽然相隔一个地,但英雄所见略同。”

“但是希腊口不惟要算出默冬章,他们还眷恋用平等栽机械的方式把日光和月球的运动显示出来。而这种自动化计算的思索方式影响了新生西方的正确性、甚至计算机的起。”

“所以古希腊人口想到了所以齿轮来拓展测算?”

“对。但是要弄清楚古希腊人口是怎用齿轮解决此问题之,Price必须整治懂齿轮的个数。他盼望从不同齿轮的个数里找到太阳周期和嫦娥周期内的关联。不过当计算之前,我们需要打另外一个角度去解释一下19年7闰。”

“哦,怎么讲也?”

“从地之角度看,19年里月刚好绕地球转了235圈。但是由于地球本身还缠绕在太阳转,所以每过1年,地球也带来在月亮多反了千篇一律环绕,所以打太阳系或者打旁恒星的角度看月球,19年里阴多反了19圈。”

“也尽管是合转了235+19=254绕?”

“对。19年总计是19×365.2422=6939.6天,平均到254客里,每一样份名为一个恒星月,因为它们是以久的恒星作为移动参照系的。每个恒星月是27.321661龙,比朔望月的29.53上少两上多。所以,19单球回归年=254只恒星月。”

“嗯,明白了,不过就生啊用吧?”

“让咱们回到Price。他思念从齿轮的个数里找到太阳活动与月球运动中涉及,也即是作明白古人是怎么由阳光周期推算到月球周期的。他率先获得了六独齿轮上小齿的个数:65,38,48,24,128,32.

“Price怎么破解这些数字之精深呢?”

“和咱们同:猜!他尝试了几涂鸦就及除,找到了一个简易式子:”

[图及传失败…(image-927be1-1509983188389)]

“哦,分子是19,刚好是默冬周期的19年,但分子差一点,是260而无是254。”
学生说道。

“对。Price马上想到,是不是齿轮的测算产生误差。于是Price对数码做了有的微薄的调整:把65改成吧64,把128改成吧127,这样就是获:

[图形及传失败…(image-4eb0b-1509983188389)]

Price复原底教条内部的齿轮分布,其中六只齿轮上的齿数:64,38,48,24,127,32.
Price利用这几乎单数字得到了19年254只恒星月之涉嫌。

“哇!奇迹出现了,这恰好是默冬周期!19只地球回归年=254独恒星月。”

“嗯,Price靠在椅背上,吸了同一丁烟斗,缓缓地吐生烟圈。古希腊机械的2000大多年前的机要在解开面纱,显露出真正的面目。这象征,只要让这机械输入一个代表太阳位置的日子,就可以指示出月球在穹幕蒙之位置(恒星月)。但是,又起了一个初题材。”

“什么问题同时堵截Price了?”

“当齿轮传动时,相邻齿轮的移动方向是相反的。你能想象出来吧?”

“嗯,想象得出来。一个齿轮顺时针转动,和其咬合在一起的齿轮是逆时针转动的。这来什么关系也?”

“有提到,这一定给当乘法或除法计算里大多出来一个负号!”

“哦,是呀,本来相加的哪怕改为相减了!”

“是的,Price冥思苦想,想寻找来一个方来解释这种奇怪的负号。不过一个疯狂之想法一直占据他的大脑:古希腊人口产生或会见采用是机械安装去预测月相!”

“”预测月相?这想法够大胆的,因为恒星月和基于月相定义之朔望月切莫极端一致。根据刚才的齿轮比推算,19年对诺给254只恒星月,古希腊总人口不得不打日期推算出恒星月,也就算是坐恒星为参照系的月球的职务。而月相尽管是打地球看下的嫦娥的职。二者并不相同!”
学生说道。

恒星月Sideal month以恒星作为参照系,只生27.3上。朔望月Synodic
month是由地球上观望底有限只新月之间的年月距离,是29.5上

“是的,你说之发出道理。经过一个恒星月,月亮在皇上恒星背景及回来了同样的职,但是月相并不曾回相同的月相。而返相同之月度相则需一个朔望月,比恒星月多2龙多或多或少。但是Price知道,朔望月跟恒星月里面来提到,因此发生或打恒星月推算出朔望月,从而计算出月相。”

“哦,他蛮顽强的,看来不打算放弃。那他是怎由恒星月推算到朔望月之也罢?”

“因为恒星月的个数等朔望月只数加上年屡次,即
235+19=254,所以打254得235,需要减去19.”

“只需要一个减法?他的揣测有什么依据也?”

“Price看到同样组齿轮,它发2个输入:太阳的相反为旋转速度及玉兔相对于恒星的团团转速度,他当当下组齿轮应该出一个输出来指示月相。他认定该发一个齿轮来形成减法。Price认为通过这样的差速齿轮,19年周期就转会为235独朔望月从而指示月相变化。他以为后面板的下边实现了之功能。”

“嗯,似乎有些道理。”

“你懂吧?在现代工业面临,最常用的就是是差速齿轮。但问题是差速齿轮子不胜复杂。如果古希腊就是有不同齿轮,那咱们本着古希腊科技的认识将重复写了。传说中国先黄帝曾造出指南车,里面可能采取了差速齿轮,但立刻只是传说。西方一般认为,差速齿轮的宽广使用是当文艺复兴以后。”

“哦。看来Price的推论仍回天乏术证明。对了,后面板的高达半组成部分凡做呀的呢?”

“后面板的达半有,Price猜测用来显示4年周期的春,因为前面板只能指示日期,而休可知指示夏。他预言它还有日历计算器的机能,能够指示恒星的职。”

“嗯,安提基特拉机械的作用还十分丰富的。”

“最后,Price写作了70页的稿子,《Gears from the
Greeks古希腊的齿轮装置》,于1974年发表。”

“发表如此同样首论文的含义是什么?”

“那时人们曾经清楚,安提基特拉机械是绝古老的齿轮机械,也是水土保持的极复杂的教条。Price的意识融合了天文学知识、数学理解和教条技术,这些东西就出到了九死一生时期才会及之媲美。Price认为,这些知识导致了后来欧洲的技巧爆发,并引发了现代文明。”

“人们接受了外的意了邪?”

“历史学家们针对当下篇稿子表示欢迎,但是古希腊历史还是按照过去的章程讲授。你明白为?这首文章以1980年唤起了加州理工学院教授理查德·费曼的体贴。”

“就是咱们谈谈祖冲之常提到的诺贝尔物理学奖获得者理查德·费曼也?” (
《时间之问》第6周C
祖冲之:不仅会算还见面反驳 )

“对。他亲身去了雅典去采风这机械装置。他当这起事物太奇特了,简直不可思议。这类只有是一个史前底有齿轮的机械装置而已。他的疑云是:在那么多之展品中,为什么只有马上宗如此特别?”

“那Price的章对其他人产生了影响也?”

“Price的章针对性一个子弟有了了不起持久的熏陶。这个人处在英国,他是26东的Michael
Wright. 他宣读到了Price长齐70页的篇章,对是来了浓厚的趣味。”

“他是召开啊的?”

“Michael
Wright在伦敦科学博物馆做事,负责博物馆之工业革命时代之机械。Price的篇章转点燃了外针对性安提基特拉机械的热心肠,但随即也变成他新生长期的烦恼的来源,这是继言语了。”

“他许Price文章的见解吗?”

“不完全同意。虽然他大喜欢Price的钻研,但他对Price的篇章的多少地方不太好听。例如,Wright看安提基特拉机械似乎没必要运用这样繁复的差速齿轮来实现如此简约的月相指示。以他任科学博物馆工业机械馆员的更看,只待一致组大概的平常齿轮就可以做得到显示月相。”

“哦,长江后浪推前浪,新的人头有矣初的想法跟质疑。”

“对,新的质疑代表有或会见发出新的意识。Price认为他早就倾尽全力研究了安提基特拉机械,这首70多页的章是他关于安提基特拉研究的尾声之结晶。那时就是1970年间,大规模集成电路开始出现并快速上上历史舞台,世界上了电子计算机时代。”

“哦,人类的测算能力已经不可同日而语了。”

“那时的电脑芯片都是合二为一以一个二维平面上的,Price大胆预测未来会产出集成度更强、计算能力再强劲的老三维芯片。”

“这个想法时委成了切实了为?”

“嗯,有时机我们后会详细聊。Price认为,未来之微机不仅会算,还具有思考能力,甚至有创造力。”

“目前的人造智能、深度上之神速发展呢作证了Price的前瞻。”

“对,他还都当,计算机的力会如指数曲线那样飞速发展。”

“那Price之后,Wright又针对安提基特拉机械的钻研有矣啊突破为?”

“虽然Price的论文前无古人、引领风骚,但Wright发现论文里在重重可疑的远在居然错误,他操把这些做个究竟。”

“哦,是吧?Wright发现了那些错误吗?”

“哦,我们今天底时空不多了,下次复聊吧。”

“好的,老师再见!”

“再见!”


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有关作者:笔名偶遇科学,微电子学博士,喜欢求事物背后的来由与见仁见智学科的关系,寻求对及人文的齐心协力。求学与教学的经历被他沾了严谨的思量精神,更让他懂得了是背后温情与人文不可或缺。每周他跟学生当餐厅的稳约会,话题无所不包,一起发现科学、并享受思考的乐趣。


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.

  • Price D D S. “Gears from the Greeks. The Antikythera Mechanism: A
    Calendar Computer from ca. 80 B. C”.[J]. Transactions of the
    American Philosophical Society, 1974, 64(7):1-70.

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