两千年前的天文计算机终于被破解了！
编译：李远飞
校对：刘峰
美编：葫芦
后台：库特莉亚芙卡 李子琦 徐坤
参考资料：
Turner, B., 2021. Scientists unlock the 'Cosmos' on the Antikythera Mechanism, the world's first computer. [online] MSN. Available at: [Accessed 17 March 2021].
Freeth, T., Higgon, D., Dacanalis, A. et al. A Model of the Cosmos in the ancient Greek Antikythera Mechanism. Sci Rep 11, 5821 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-84310-w
Corry, K., 2021. Experts recreate a mechanical Cosmos for the world’s first computer. [online] UCL News. Available at: [Accessed 17 March 2021].
在希腊雅典的国家考古博物馆展出的安提凯希拉装置残片
图片来源：希腊国家考古博物馆
这块脏兮兮到处是锈斑的玩意儿如果丢在街边可能不会引起任何人的注意，而事实上它竟然是两千年前古希腊时期所制造的安提凯希拉装置，号称世界上第一台机械式计算机！别看它现在锈迹斑斑，原本可能长这样
安提凯希拉装置的内部结构分解图（电脑模拟图），最右为装置背面（图片来源：Tony Freeth / UCL）
安提凯希拉装置是从古代幸存下来的最复杂的工程制作品机械装置之一。在1901年，几名在希腊采海绵的潜水员被海上风暴暂时困在了在地中海小岛安提凯希拉上，机缘巧合地发现了附近的一艘罗马时代沉船遗迹，遗迹中的安提凯希拉装置就这样进入了人们的视野。自从被发现以来，由于它代表的先进技术水平和精致工艺，引发了人们极大的兴趣和激烈的争议。这个有着两千年历史的装置是一个高度复杂的人力驱动齿轮箱，能够准确预测古希腊人所熟知的五颗行星以及日月的运动，还有月相、日食和月食——并显示它们与奥林匹克运动会等古代活动的时间关系。
然而，直到最近，研究人员都没能够完全重现这个小箱子里的所有机制，尤其是它前端的齿轮系统。两千年的时光摧毁了这个精细的机器，只有三分之一的原件得以幸存并被人们发现。这部分含82块碎片，其中包括30个锈蚀的青铜齿轮——这给研究团队带来了艰巨的挑战。
安提凯希拉装置的82个碎片（图片来源不可考）
安提凯希拉机械装置的主要残片被标记为A-G，而小残片则被标记为1-75。乍一看，感觉没救了——它们被腐蚀得太严重，上面覆盖了弄不掉的沉淀物，大部分还支离破碎。然而，在毫米级别，它们仍能提供相当丰富的证据；通过仔细观察，我们还能看到机械部件的精细细节和数以千计的细小铭文。现存最大的碎片被称为碎片A，上面还保存了轴承、支柱和一个方块的特征。另一块被称为碎片D的碎片上面则有一个不知用途的圆盘和一个63齿的齿轮。这些碎片都包含了非常复杂的三维结构。
2005年科学家对安提凯希拉装置的82块碎片进行的微焦X射线计算机断层扫描（X射线CT）和多项式纹理映射（PTM）解码了机器后部的结构，发现它还包含预测日食的功能，机械里还引入了月球的变速运动。X射线CT还揭示了隐藏在碎片内的数千个罗马字符，它们描述了古罗马文明如何理解太阳、月亮和古代已知的所有五颗行星的运动，以及在装置正面它们如何排列，代表着古希腊人的宇宙模型。据铭文所说，代表着五颗行星的宝石在围绕着中心地球的圆环上运作。然而，由于失去了实物证据，关于装置正面仍然存在很大的争议。
安提凯希拉装置上的铭文：a为不同位置上的铭文内容，b为装置前端铭文，内容为各个行星的周期规律，c为底层铭文，内容相当于装置的用户手册（图片来源：Freeth, T., Higgon, D., Dacanalis, A. et al.）
通过最新发表在《科学报告》（Scientific Reports）上的论文，来自英国伦敦大学学院(UCL)的安提凯希拉研究团队揭示了装置前端的复杂齿轮系统，并解释了装置正面如何显示古希腊人眼中的宇宙秩序。利用古希腊人用来制造这个装置的数学原理，他们已经完全重现了该装置的设计。现如今，他们正在尝试组装起来自己的装置，看看这样的设计是否可行。
第一作者托尼·弗里斯（Tony Freeth）教授解释说：“我们建立了第一个符合所有现实证据的模型，并与刻在机械装置上的科学铭文中的描述相吻合。
“这令人印象深刻的古希腊文明杰作上同时展现了太阳、月亮和行星的运行。”
“我们的研究显示，安提凯希拉装置是从一个优美的构想开始，由精湛的工程技艺实现，最终成为了一个令人惊叹的设备，它挑战了我们对古希腊文明技术水平的所有预想。”
图为该装置正面的宇宙模型。
（图片来源：Freeth, T., Higgon, D., Dacanalis, A. et al.）
中央的圆顶是地球，然后是月球的相位及其在黄道十二宫中的位置，然后以水星，金星，真太阳，火星，木星，土星和日期为环，并带有“小球体”标记。在行星环上刻有行星周期的比例尺标记和索引字母。围绕着它们的是十二生肖和埃及历法。
如铭文中所说，真太阳 (true Sun) 环有一个带有“指针”的“小金球”。当月球和太阳指针重合时，月球显示黑色代表新月；当指针在相对的两侧时，月球显示白色代表满月。龙爪（横着有两头的这根指针）的头部显示月球的升交点；尾巴则是降交点。指针附近的真太阳环上的小三角形显示出更宽和更窄的日食极限。如果龙爪在这些限制之内，则有可能发生日食。当月亮指针在龙爪头部指针的前面时，月亮在节点的南边；之后，它位于节点的北部；对于龙爪的尾部则是反过来。日期指针附在窄日期环上，显示埃及日历中的日期。
复原失落的装置
为了找到围绕着它的所有谜团的真相，研究人员想要复原这个装置。
“其他同时代制造的装置和这个装置的复杂性根本没法比，”论文合著者亚当·沃西克（Adam Wojcik）说， “坦率地说，我们从来没有发现过类似这样的东西。它简直不像是古代人能够做到的。”
“现代，你或许在落地摆钟里就能找到类似构成安提凯希拉装置的齿轮的规模，但你要知道，在和它大约同一时代的其他齿轮可都是那种用在投石机或是大型弓弩上面的巨大齿轮。这种超越同时代的复杂性自然让人们提出了很多问题，关于怎样的制造过程才能够制造出这样一个独特的复杂装置，以及为什么在那艘古沉船上它是唯一一个被发现的同类装置。”
在论文发布前安提凯希拉装置的普遍认可的齿轮图，显示了b1后面的齿轮的结构。红色齿轮是假设出来的，是使齿轮系统正常工作所必需的。而这篇论文重建了b1之前的齿轮结构和装置正面的宇宙图像。
（图片来源：Freeth, T., Higgon, D., Dacanalis, A. et al.）
“它在那艘船上做什么？我们只找到了三分之一，另外三分之二呢？它们被腐蚀掉了吗？这个装置曾经被使用过吗？”沃西克自问道，“这些问题，我们只有通过实验考古学才能真正回答。这就像回答古人如何建造巨石阵一样，让我们找200个人带着一些绳子和一块大石头，试着把它拉过索尔兹伯里平原。这有点像我们在这里要做的事情。”
利用在安提凯希拉装置上发现的铭文和古希腊哲学家帕门尼德（Parmenides）提出的行星运动的数学模型，UCL团队建立了计算机模型来模拟出由重叠齿轮组成的机械装置，该装置可以被容纳在一个仅有1英寸深（2.5厘米）的外壳内。
他们的模型再现了装置内部的每一个齿轮和旋转表盘，而正面可以显示行星、太阳和月亮如何在黄道十二宫（古代星图）上移动，背面则能够显示月相和日食。当然，它也复制了现在已经过时的古希腊地心说，即所有的天体都围绕着地球旋转。
现在电脑模型已经制作出来了，研究人员想首先使用现代技术制作实物版本来检查这个装置是否可行，然后再尝试采用古希腊人可能使用的技术。
沃西克说：“没有证据表明古希腊人能够制造出这样的东西。这真的是一个谜。检验他们是否有这个能力的唯一方法就是尝试用我们已知的古希腊人的方式来建造它。而且关于这个装置是为谁建造，又由谁建造的，也有很多争论。很多人说是阿基米德，他大约生活在它被建造的同一时代，而且他的工程水平远超当时所有人。这也是在一艘罗马的沉船上发现的呢。” 阿基米德在锡拉库扎围城期间被罗马人杀死，因为他发明的武器未能阻止罗马人的攻占。
古希腊人是否使用类似的技术来制造其他尚未发现的装置，或者世界其他地方是否还有未发现的安提基希拉装置的复制品，也是一个谜团。
沃西克最后评价道，“这有点像石器时代出现了一个神秘博士的时空旅行飞船。”
责任编辑：王延昕
牧夫新媒体编辑部
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