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由來

安提基特拉機械是目前所知最古老的復雜科學計算機。該機器內含多個齒輪，有時被認為是世界上第一個模擬計算機 ，雖然其結構的完美代表在希臘化時代可能還有些更老的類似儀器尚未被發(fā)現(xiàn) 。該機械可能是依照古希臘天文學家發(fā)展的天文學和數(shù)學理論制造，其年代大約是公元前150到100年之間。

現(xiàn)代學者的共識是該機械是在希臘語使用區(qū)域制造，所有機械上組件的文字都是通用希臘語 。一個假設是該機械是在希臘當時的天文和機械工程中心羅德島上的斯多亞學派學者波希多尼制造，而天文學家喜帕恰斯參與了設計，因為該機械采用了喜帕恰斯的月球運動理論。但最近由安提基特拉機械研究計劃于2008年7月31日發(fā)表在自然期刊的論文則宣稱該儀器概念是來自于古代科林斯的殖民地，并可能和阿基米德有關聯(lián)。

安提基特拉機械是在希臘安提基特拉島Glyphadia海岸外的沉船中發(fā)現(xiàn)。該沉船發(fā)現(xiàn)于1900年10月，潛水員在船內發(fā)現(xiàn)大量的藝術品，目前都保存于雅典國家考古博物館。1902年5月17日，考古學家維拉理奧斯·史大理斯檢查發(fā)現(xiàn)的沉船中物品時發(fā)現(xiàn)一個齒輪嵌在一塊巖石中。史大理斯一開始認為這是天文鐘，但多數(shù)學者認為這是時代錯誤，這物品和同時期發(fā)現(xiàn)的其他東西相較之下太過復雜。對該物品調查的熱潮很快下降，直到1951年英國物理學家德瑞克·約翰·德索拉·普萊斯對該機械表現(xiàn)了高度興趣 。

該機械為什么會在貨船上的原因已經無從得知。研究者認為該船可能是從安提基特拉島上掠奪的物品，要送往羅馬做為尤利烏斯·凱撒的凱旋式上展示之用 。

機制

安提基特拉機械概要略圖安提基特拉機械2007年模型的前端

安提基特拉機械以其小型化和其部分裝置的復雜性可與19世紀機械鐘表相比而聞名。它有超過30個齒輪，雖然麥可·萊特認為它可多達72個有正三角形齒的齒輪。當借由一個曲柄（今日不存）輸入一個日期，該機械就可算出日月或行星等其他天體位置。因為該機械是以地球表面觀測天球者為參考座標，因此該儀器是基于地心說建立 。

該機械有三個轉盤，一個在前方，另外兩個在后方。前方轉盤有兩個同心圓刻度，外圍刻度是基于“天狼周期”（Sothic cycle）的365天古埃及歷法，或稱為天狼年。內圈刻度是古希臘的黃道帶符號，并以角度區(qū)分。歷法的轉盤可以取下，并借由在毎四年將后方轉盤往之前回轉一天以補償每個回歸年中多出的四分之一日（一個回歸年有365.2422日）。第一個有閏年的儒略歷是在公元前46年出現(xiàn)，但該儀器在儒略歷之前一個世紀就已完成。

前方的轉盤可能至少有三個指針，第一個指針指示日期，另外兩個則分別指示太陽和月球位置。月球的指針已被調整過代表月球軌道的變化，因此相信太陽的指針也有過類似的調整，但相關機制的齒輪（如有）已經不存。前方轉盤的第二個功能則是有一個月球的球形，做為月相指示。

該機械上有火星和金星的刻字，這代表其制造者知道如何配置齒輪顯示這兩顆行星在天球上的位置。有些推測認為該機器可以指示所有古希臘人知道的五顆行星。但目前關于行星位置的部分除了一個齒輪存在以外，其余下落不明。

最后，安提基特拉機械前方面板是現(xiàn)代天文年鑒的前身（Parapegma），可以設定標記特定恒星的升起。一般認為每顆恒星都以機械上一個希臘文字母做標記。

在機械后面上方的轉盤是螺旋形，每次旋轉分成47個部分，代表19年或235個朔望月的默冬章。該循環(huán)對于歷法修正很重要。

機械后面下方的轉盤也是螺旋形，分成223個部分，代表沙羅周期，另有一個較小的輔助轉盤代表三倍沙羅周期，54年的轉輪周期（Exeligmos）。沙羅周期是由迦勒底人發(fā)現(xiàn)，其周期長度大約是18年11日8小時，是特定食的周期。

由英國、希臘和美國專家組成的安提基特拉機械研究計劃成員于2008年7月時，在機械上的一個青銅轉盤發(fā)現(xiàn)了一個字"Olympia"，相信是用來指示卡利巴斯周期（Callippic cycle）；另外也發(fā)現(xiàn)了其他古希臘競賽的名字，因此這可能是用來追蹤古代奧林匹克運動會。根據(jù)BBC的報導：

功能推測

德瑞克·約翰·德索拉·普萊斯提出該裝置可能是公開展示，地點或許是羅德島上的博物館或公共會堂。羅德島在當時是以機械工程聞名，尤其是羅德島人擅長的自動機械。古希臘九大抒情詩人中的品達在他的第七首奧林匹克頌中提及：

中文翻譯 ：

英文翻譯 ：

反對該機器是公開展示用的理由如下：

該機械是小型儀器，代表該設計者的設計是緊湊設計，結果就是前方和后方轉盤的尺寸并不適合公開展示。一個簡單的比較就是雅典的風之塔，這代表該儀器的設計是做為方便攜帶，而非固定在一個地方。

該機械有一個刻上至少2000個字母的蓋子，因此安提基特拉機械研究計劃的人員經常認為這是儀器說明書。這代表是為了便于攜帶和個人使用。

本“說明書”的存在代表該裝置是科學家和工程師設計作為非專業(yè)的旅行者使用（記載文字有許多關于地中海的地理位置資訊）。

該機械不太可能做為航海儀器原因如下：

日月食預測等資料并非航海必要。

海洋的潮濕多鹽環(huán)境會使齒輪快速腐蝕，使其無法使用。

2008年7月31日，科學家在自然期刊發(fā)表了相關新發(fā)現(xiàn)，該機械的機制可以追蹤默冬章、追蹤日食和計算古代奧林匹克運動會的時間 。儀器上的文字與希臘西北部的伊利里亞和伊庇魯斯，以及克基拉島各月份的名稱密切相關 。

古希臘文學中類似裝置

西塞羅的著作《論共和國》，一本公元前一世紀的哲學對話錄，提及兩個現(xiàn)代被認為是某種天象儀或太陽系儀的儀器，可以預測日月和五顆行星在天球的位置。這兩個儀器都是由阿基米德制造，在阿基米德于公元前212年的敘拉古圍城戰(zhàn)身亡后，這兩臺機器被羅馬將領馬庫斯·克勞迪烏斯·馬塞拉斯帶回羅馬。基于馬塞拉斯對阿基米德的尊敬，并且其中一個儀器是在圍城戰(zhàn)后阿基米德保存的少數(shù)文物（另一臺奉獻給維耳圖斯神廟），該機械被當成傳家寶。西塞羅轉述盧修斯·弗里烏斯·菲魯斯（西塞羅所想像于公元前129年在小西庇阿的別墅中參與對談的其中一人）的談話稱，蓋烏斯·蘇爾皮斯·加盧斯（曾于公元前166年征詢馬塞拉斯的侄子，并確認老普林尼是首位著書解釋日食和月食的羅馬人）給他一個“學術上的解釋”，并展示了他的研究：

所以，至少有一個阿基米德制造的儀器（考量加盧斯的興趣，事實上在《論共和國》中所述似乎是對天象的秩序，特別是日食和月食的關注）相當類似安提基特拉機械，而且直到大約公元前150年仍在使用。

亞歷山大的帕普斯宣稱阿基米德寫了一篇關于這類機器的手稿，標題是 On Sphere-Making ，現(xiàn)已不存 。亞歷山大圖書館剩余的文件中描述了該儀器中許多細節(jié)，甚至有儀器本身的簡圖。其中一個儀器是里程表，其確切模型被羅馬人用來放置里程碑（康茂德皇帝時代由維特魯威和希羅描述） 。文件中的簡圖描述了其功能，但任何制造該儀器的嘗試都失敗了。當時圖上的齒輪是正方型齒，當改以安提基特拉機械的三角形齒之后就可完美運作 。不管這是在亞歷山大圖書館中燒毀的阿基米德文件和圖畫、或者是帕普斯發(fā)現(xiàn)的裝置、或者并不相關都是值得商榷的。

如果西塞羅所說的是正確的，那該技術最早在公元前3世紀就已存在。阿基米德的設備也被后來的羅馬作家提及，例如4到5世紀的拉克唐修（《關于上帝的教導》，Divinarum Institutionum Libri VII）、克勞狄（《In sphaeram Archimedes》）和普洛克努斯（《Commentary on the first book of Euclid"s Elements of Geometry》）。

西塞羅也提及這類裝置也被他的朋友波希多尼制造：“...日月和五顆行星在天球上每次相同的公轉帶來了晝夜...” 。

以上提到的任何一個儀器或許并不是在沉船中找到的安提基特拉機械，因為阿基米德的設計和西塞羅所提的都是在預測的船沉日期之后至少30年的羅馬，而且第三個儀器幾乎確定在當時是在波希多尼手中。重建安提基特拉機械的科學家也同意該機械太過精密，而不可能是獨一無二的。

根據(jù)西塞羅所述，安提基特拉機械可能不是獨一無二的。這些紀錄讓人更加確定在古希臘已經有復雜機械技術，而且至少有一部分技術稍后傳到了同樣有復雜機械技術的拜占庭帝國和世界，雖然在中世紀的機械比安提基特拉機械簡單 。目前已找到一個制造于5或6世紀拜占庭帝國，和一個日晷相連接的日期齒輪的殘??；該儀器可能是做為報時輔助 。在世界中，公元9世紀早期阿拉伯帝國的哈里發(fā)委托巴努·穆薩寫下的《巧妙設備之書》（Book of Ingenious Devices，暫譯）。該本書描述了超過一百個機械裝置，部分裝置可追溯到保存在神廟中的古希臘文獻。一個大約1000年時由科學家比魯尼描述的齒輪報時機類似拜占庭帝國的裝置，而一個13世紀的星盤也包含了類似的報時裝置 。這個技術可能在中世紀時傳入歐洲，并對鐘表科技的發(fā)展做出了貢獻 。

研究與重建

  德瑞克·約翰·德索拉·普萊斯和他重建的安提基特拉機械模型

  展示于雅典國家考古博物館的安提基特拉機械重建品（Robert J. Deroski基于德瑞克·約翰·德索拉·普萊斯的模型制造）

  安提基特拉機械齒輪配置略圖

安提基特拉機械是世界上已知最早的齒輪裝置。自從發(fā)現(xiàn)以來一直讓科學史和技術史專家好奇又疑惑。數(shù)個個人或團隊研究已經對其機制有更進一步了解。主要研究人員有：首先研究它的德國語言學家阿爾伯特·雷姆、德瑞克·約翰·德索拉·普萊斯（包含哈拉蘭伯斯·卡拉卡洛斯和其妻子艾蜜莉）、艾倫·布隆萊（和法蘭克·帕西瓦爾、麥可·萊特和伯納德·賈德納）、麥可·萊特和安提基特拉機械研究計劃團隊。

德瑞克·約翰·德索拉·普萊斯

經過前人數(shù)十年為了了解該裝置的研究后，1951年英國科學歷史學家德瑞克·約翰·德索拉·普萊斯對該機械進行了系統(tǒng)性研究。

普萊斯以標題“時鐘以前的發(fā)條裝置”（Clockwork before the Clock） 和“發(fā)條裝置的由來”（On the Origin of Clockwork） 發(fā)表了數(shù)篇論文。發(fā)表時間早于1959年6月出版的關于機械運作機制的第一個主要著作：“古希臘的電腦”（An Ancient Greek Computer） 。這是科學人的頭條文章。根據(jù)亞瑟·查理斯·克拉克的書《克拉克的神秘世界》（暫譯，Arthur C. Clarke"s Mysterious World）第三章最末，該文章似乎最早是發(fā)表在亞瑟·查理斯·克拉克著作中。在“古希臘的電腦”一文中，普萊斯進一步發(fā)展其理論，并表示安提基特拉機械式計算行星和恒星運動機械，可能是世界最早的模擬計算機。在那之前對于安提基特拉機械有許多不明之處，雖然它被正確地認定是一個天文儀器，但它被認為可能是星盤。

1971年，當時是耶魯大學科學史首位阿瓦隆講座教授的普萊斯和希臘德謨克利特國家科學研究中心的核物理學家哈拉蘭伯斯·卡拉卡洛斯合作?？ɡ逅故褂觅ゑR射線和X射線對安提基特拉機械攝影，得知了其內部配置的關鍵訊息。

1974年時普萊斯發(fā)表文章“來自希臘的齒輪裝置：安提基特拉機械－約公元前80年的歷法電腦”（Gears from the Greeks: the Antikythera mechanism—a calendar computer from ca. 80 BC） ，在該文中他提出了安提基特拉機械的機制模式。

普萊斯在以上文章中發(fā)表的模式是首個基于放射影像所見該機械內部結構之后，提出的首個理論重建模式。他的模式中，機械前方的轉盤代表太陽和月球在古埃及歷法上黃道帶的位置。在儀器后面的上方轉盤則顯示一個四年周期，并且和顯示周期為235個朔望月的默冬章相關，這和19個回歸年大致相等。后面的下方轉盤則是一個朔望月的周期和12個朔望月的太陰年。

他的模式中最主要的意見是，該機械使用了在機械中用以增加或減少角速度的差速齒輪。這方式是將恒星月的月球運動減去太陽運動效應以計算月相的周期。

艾倫·布隆萊

一個和普賴斯有差異的重建模型是由澳大利亞悉尼大學的計算機科學家 艾倫·布隆萊 （ 英語 ： Allan G. Bromley ） 和悉尼的一位鐘表師法蘭克·帕西瓦爾建立。布隆萊和麥可·萊特合作使用更精密的X光影像重建新的模型。

麥可·萊特

曾擔任倫敦科學博物館機械部門主管，現(xiàn)任職于帝國理工學院的 麥可·萊特 （ 英語 ： Michael T. Wright ） 和艾倫·布隆萊提出了對原始殘骸的重新研究。他們使用了由身為退休放射科醫(yī)師的顧問艾倫·柏德列治建議，使用稱為線性X射線斷層掃描技術。對于這一點，萊特設計了一個線性斷層掃描儀器，該儀器可產生平面斷層造影 。該研究的早期結果在1997年發(fā)表，發(fā)現(xiàn)普萊斯的重建有根本上的缺陷 。

對于新影像的進一步研究促使萊特提出新看法。首先他將普萊斯的模式進一步發(fā)展，認為該儀器相當于一個天象儀。萊特的天象儀不只可模擬日月運動，還可顯示內側行星（水星和金星）和外側行星（火星、木星和土星）的運動 。

萊特提出該機械的日月運動是基于喜帕恰斯的理論，五顆古典行星的運動則基于阿波羅尼奧斯的簡易周轉圓運動理論。為了證明在儀器中使用了該技術，萊特建議了類似天象儀的模式 。

萊特還在普萊斯的C殘骸上第一部分所附的27:31齒輪上進一步研究 ，該齒輪最終被確定是顯示月相之用 。他提出這是借由旋轉一個半鍍銀的球狀物來顯示月相，這顯示了月球的恒星周期和太陽的年周期差異。這比先前所知的最早機制早了1500年。

更精確的齒輪齒數(shù)現(xiàn)在也已得知 ，因此可進一步發(fā)展新的齒輪配置模式 。更正確的資訊允許萊特可以確認普萊斯建議的后方面板的上方轉盤是顯示235個朔望月，分成五個旋轉量度的默冬章。此外，萊特還提出了驚人的看法，他認為儀器后面的上方轉盤是每次旋轉包含47個部分，總共五個旋轉量度的螺旋形轉盤。因此他提出了該轉盤是顯是默冬章的235個朔望月的看法（19個太陰年相當于235個朔望月）。萊特也觀察了殘骸上的文字，并提出附屬轉盤上的指針是計算四個19年周期，即相當于76年的卡利巴斯周期 。

基于更多暫定的觀察結果，萊特也認為儀器后面下方的轉盤是計算交點月，是用來預測日月食的 。

所有的研究結果都已經納入萊特的模式 ，并且可制造一個擁有以上機制的機器并成功運作。

盡管有高分辨率的線性斷層掃描造影，萊特仍然無法將所有已知的齒輪調整進一個單一的機制，這使得他更進一步提出的理論中改變了原始的機制，部分天文功能取消或增加 。

最后萊特出版了相當多研究成果 ；他最后也總結性的指出，普萊斯的差速齒輪配置是不正確的 。

2006年時，萊特完成了他相信幾乎正確的復制品 。

萊特和安提基特拉機械研究計劃成員目前仍同時進行安提基特拉機械的研究。最近萊特稍微修改他的模型，引進了計劃團隊建議的針狀和槽狀嚙合齒輪，這更精確模擬了月球的角速度異常變化。2007年3月6日他在希臘的雅典國家考古博物館展示了他的模型。

安提基特拉機械研究計劃

  重建模型

安提基特拉機械研究計劃團隊至今仍在研究該機械 ，該團隊卡迪夫大學（M. Edmunds, T. Freeth）、雅典大學（X. Moussas, Y. Bitsakis）、塞薩洛尼基亞里士多德大學（J.H. Seiradakis）、雅典國家考古博物館、英國X-Tek Systems 、美國惠普公司組成，并且由利華休姆信托和希臘國家銀行的文化基金會贊助 。

該機械的殘骸太過脆弱，不能搬出博物館，所以惠普公司和X-Tek Systems將設備送到希臘 。HP建立了一個3D表面成像裝置，稱為“PTM Dome”，即包圍物品進行檢測。X-Tek Systems開發(fā)了一個特別針對安提基特拉機械的12公噸450 kV電腦化微對焦斷層掃描儀。

2005年10月21日，相關研究人員在雅典宣布新發(fā)現(xiàn)了安提基特拉機械的其他殘骸?，F(xiàn)在該機械總共有82塊殘骸。大多數(shù)新發(fā)現(xiàn)的殘骸都已確定，但仍待保護。

2006年5月30日，相關人員宣布造影系統(tǒng)辨識出了大量新的希臘文字母并且翻譯成功，因此機械上字母從大約1000個增加到超過2160個，大約95%現(xiàn)存字母已被辨識。該團隊的新發(fā)現(xiàn)代表了安提基特拉機械的新功能和目的，且研究仍在進行。第一批研究成果已經在2006年11月30日到12月1日在雅典的國際研討會公開 。

2006和2008年在“自然”期刊的論文

  使用樂高積木重建的安提基特拉機械

2006年11月30日，自然期刊刊出了安提基特拉機械研究團隊基于高分辨率X射線斷層掃描而完成的新的重建結果 。該研究將機械上可判讀文字增加了一倍，并修正了先前的紀錄和提供新翻譯。機械上的文字確定是在大約公元前150到100年前刻上去的。很明顯，這些文字是一個天文、機械和地理的手冊。

新發(fā)現(xiàn)證實安提基特拉機械是一個預測天體位置的天文類比計算機或太陽系儀。并且認為該機械預測太陽和月球位置的齒輪有37個，其中30個保存至今。且基于機械上所刻文字提及行星的駐點，文章作者認為也可能用來預測行星位置。

機械前方的刻度和指針事用來指示太陽在天球上位置和對應的黃道帶星座、月球位置和月相，可能還包含行星的位置。

機械后方包含滑動指針的兩個螺旋狀刻度（由兩個圓心的半圓形組成）進一步指示了兩個重要的天文周期：關于太陽、月球和地球以大約18年重新到達相同相對位置的周期，即沙羅周期，和更精確的轉輪周期，其周期是54年1日（這是預測食的基本周期，參見日食）。另一個螺旋狀刻度則是默冬章（19個太陰年或235個朔望月）和周期是1016個朔望月或76個太陰年的卡利巴斯周期。

月球運動的機制是使用巧妙的齒輪系以顯示月球在一個朔望月中的運動和月相，其中兩個齒輪位置稍微偏離軸心，并且被牽制在一個槽中。月球運動的變化是基于喜帕恰斯的假設，并且也是開普勒定律的完美近似，即接近近地點速度增加，接近遠地點速度則下降。

2008年7月31日，自然期刊刊出了一篇安提基特拉機械機制更進一步細節(jié)的論文（ Nature Vol 454, Issue 7204, July 31, 2008） 。在該文章另外提出了安提基特拉機械包含一個分成四部分的轉盤，而該轉盤代表一個四年的周期，一個部分代表一年，被認為是指示二年或四年比賽一次的古希臘競賽舉辦年份（例如古代奧林匹克運動會）。

機械上幾個月份的名稱已經被判讀。這些月份名稱是科林斯的殖民地使用（傳統(tǒng)上這些月份名稱用于科林斯、克基拉島、挨皮丹拿斯和錫拉庫薩，但直接證據(jù)不多）。許多研究者認為該裝置可能在敘拉古被設計，因此可能是繼承自阿基米德的工作；或者它可能已經被任一個市場下訂，正在運輸途中。

自然期刊于2010年11月24日出版的另一篇論文中 ，則認為該機械是基于巴比倫天文學的計算模式，而非古希臘天文學，這暗示巴比倫天文學和古希臘天文學極為相像－包含儀器構造。

一位蘋果電腦的軟件工程師安德魯·卡羅使用1500個樂高積木制成了該機械的復制品 ，并以該機械準確預測了2024年4月8日日食以示范其準確性 。

普賴斯和安提基特拉機械研究計劃的復制品也有電腦立體模擬 。

文藝作品中的安提基特拉機械

安提基特拉機械出現(xiàn)在金·史丹利·羅賓遜的小說伽利略的夢（Galileo"s Dream，暫譯）第293頁。該機械在小說中是八個做為時光旅行的裝置之一。

延伸閱讀

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Weinberg, G. D.; Grace, V. R., Edwards, G. R., Robinson, H. S;, Throckmorton, P., & Ralph, E. K. The Antikythera Shipwreck Reconsidered. Trans Am Philos. Soc. 1965,. 55 (New Series) (3): 3–48. JSTOR 1005929 . doi:10.2307/1005929 .

Zeeman, E. C.,. Gears From The Ancient Greeks. Proc. Roy. Inst. GB. 1986, 58 : 137–156. （See also the slides from a lecture here[1], slide 22 is a view of how the mechanism for a model comes to replace actual reality）。

其他

Cousteau, Jacques. The Cousteau Odyssey: Diving for Roman Plunder (Tape). Warner Home Video/KCET, Los Angeles. 1978.

Hellenic Ministry of Culture and the National Archaeological Museum,The Antikythera Mechanism Research Project

Rice, Rob S. Physical and Intellectual Salvage from the t Century BC. USNA Eleventh Naval History Symposium. Thessaloniki: 19–25. 4–7 September 1997. seeThe Antikythera Mechanism

參見

Astrarium （ 英語 ： Astrarium ）

星盤

古典行星

逆向工程

拜占庭日規(guī) ( byzantine calendar )

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