斑豹一窥安提基特拉机械的内部

By admin in 天文学 on 2019年1月13日

《时间之问》是一部作者和学员对话交换的“记录”,采用“时间”作为跨学科啄磨的介绍人,联接起数学、天文、历史、集成电路、中国太古知识等不同学科,那一个话题像一颗颗疏散的串珠,被“时间”这根主线串联起来。这里既可以碰着祖冲之、郭守敬、庞加莱、Price等大数学家,也会发现庄子休、博尔赫兹、史铁生、柏拉图(Plato)等文哲我们。

内容概况:Price终于打开了向阳安提基特(Kit)拉机械的钥匙,窥探到了教条主义的内部结构。透过一种独特的X光,安提基特(基特(Kit))拉机械的内部面貌穿越了2000多年显示在她前头。他看到了整齐对称的齿轮、精细雕刻的墓志铭,赏心悦目的同心协力圆…
他小心总括了齿轮的个数,甚至推算出了那一个机械可以自动测算出古希腊的默冬章。


一周将来,老师和学员在平等餐厅相会了。

“要解开安提基特(基特(Kit))拉机械之谜,必须要澄清它的内部结构。” 先生商议。

“嗯,是的。不过这一个机械安装是青铜制作的,而且通过了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,一定会毁掉内部的齿轮。必须找到一种非侵入式的章程。”

“我构思,那用X光应该可以看了然机械内部的协会吧?” 学生问道。

“普通的X光恐怕不行,因为青铜金属会阻挡X光,我们只可以看到一个概况阴影,而看不清楚内部的精细结构。自从1950年份普赖斯(Price)起初探究这些机械,一向到60年代,即便研商收获了有些进展,不过全部上不大。”

“这普赖斯(Price)(Price)一定很失望吗?不知晓内部结构就不可以声明他的想法。”

“嗯,不过到了1970年代机会终于来了。”

“什么时机?”

“1971年普赖斯(Price)读到了一篇最新探讨的著作,就在多少个月前,美利坚合众国橡树岭国家实验室有了一个新的发现。他们公布了一篇随笔,描述了放射性同位素爆发的伽玛射线怎样用于穿透金属内部物体,而无需破坏文物或者艺术品。”

“这项钻探成果会让安提基特拉的钻研有了新的转运?”

“嗯,来得即便有点迟,但正是Price(Price)想要的技艺。”

“哦,看来要读书不同学科的最新文献才能抓住机会。这接下去Price(Price)如何做的吗?”

“他立时写信给橡树岭实验室的集团主温伯格(Noble物教育学奖拿到者),请求使用这项技能来扫描安提基特(Kit)拉机械。”

温伯格 Steven Weinberg

“温伯格同意了吧?”

“这时普赖斯(Price)(Price)在希腊,而温伯格在花旗国,所以温伯格推荐了和睦在希腊的同行,请普赖斯(Price)联系希腊原子能委员会的Karakalos。”

“哦,远水解不了近渴。”

“Price又随即找到了Karakalos,但Karakalos
却为难了,因为她的实验室还并未完全建好,能无法扫描这么一个严重腐蚀的教条仍然未知数。”

“哦,真不凑巧。”

“然而,更大的困顿来自于雅典江山考古博物馆。上三次Price(Price)来到博物馆琢磨安提基特(Kit)拉机械,只是凭肉眼观察,所以馆方同意了。这四回,普赖斯(Price)(Price)要用一种神秘的射线照射扫描,馆方有点担心:会不会对机械造成不能弥补的侵蚀,会不会出什么毛病。博物馆起首犹豫要不要允许Price(Price)做这样的冒险。”

“嗯,这一个麻烦似乎更大。”

“普赖斯(Price)(Price)又几遍施展她的口才,丰富讲解了围观这一个机械的必要性、以及这一个机会是何其难得,还信誓旦旦地做出了保证。”

“博物馆答应她了吗?”

“馆长最后耸耸肩,表示同意了。”

“接下去就是咋样行使这项新技巧来围观了?”

“对,虽然人类曾经在1945年10月16日在米国新墨西哥荒漠成功引爆了第一颗原子弹,原申时代在当场已经上马了。可是人类和平利用原子能的进程却毫不一帆风顺。不过Kakakalos依旧应允援助。”

“终于得以进去博物馆扫描了。”

“Kakakalos建立了一个暗室,对机械举行了开班扫描。他用放射性元素轰击机械,有些射线被金属挡住了,有些尚未被金属挡住,于是在前边的银版上留下影象。”

“成像的效劳如何?”

“经过严格地显影,一副图像最后出现了。Kakakalos对Price说:图像质量还不错,可以看到齿轮边缘的小齿!Price异常手舞足蹈了,安提基特(基特)拉机械的内部面貌穿越了2000多年呈现在他们前边。”

Kakakalos和Price(Price)拿到的安提基特(基特)拉机械的X光照片

“哇,X光的想法得到了表明,接下去吗?”

“接下去,Kakakalos拍摄了更多的相片,他改动拍摄角度,并且调动不同的曝光时间,得到了成千上万图像。”

“有了中间图像,该做什么了?”

“普赖斯(Price)告诉Kakakalos,他期望找人协理数刹那间每个齿轮上小齿的个数。于是Kakakalos找来自己的太太协助,因为他是一个至极细心的人,分外适合这种费劲细致的工作。”

“数齿轮也毕竟劳苦的办事?”

“嗯,别小看那多少个工作。有两个最大的紧巴巴:一是过多齿轮已经有些缺失了,只剩余部分,丢失的齿轮数只好估摸。其它,许多齿轮在X光的成像下是重叠在同步的,很难分辨出究竟是哪个齿轮。”

“哦,原来如此。”

“Kakakalos的老婆把相片置放放大镜下边仔细观望,总计每个齿轮的大大小小、所占的角度,并且要审时度势出那个缺失的齿轮的个数。最终,她把这几个结果报告Price(Price)讲师。”

“普赖斯(Price)得到这个数据做怎么着吗?”

“他得到多少后开头入手总计,并预测这个齿轮的机能。”

“我猜齿的个数对于解读那多少个机械的功用很要紧吗?” 学生说道。

“你说的很对,它是解开秘密的根本。在此之前我们说过,安提基特(Kit)拉机械的前面板提醒日期,也就是日光的轨迹,而Price预计前面板可能是与月球的运动有关。不过从日期(太阳的地点)来推算出那一天的月相(月亮的岗位)并不那么容易,就好象我报告您先天是11月9日,你能通过总计告诉自己阳历的日子呢?”

“哦,确实不那么容易。我想起来了,这是因为阳光的周期和月球的周期并不是整数倍,二者的位移不一起。”
学生说道。

“对,太阳周期和月球周期可以接近表示为19年7闰,中国南梁的《太初历》里已采纳了19年7闰,古Babbitt伦人和古希腊人也着眼到了这种规律。也就是说19年里插入7个闰月,总共是228+7=235个朔望月。换句话说,19个回归年约等于235个朔望月。”
《时间之问》第5周B
闰月的数字秘密:19年7闰

“古希腊人也不行敬服月相吧?” 学生问道。

月球与太阳

“对,他们和九州人同一特别关切月亮的圆缺,一方面用来总括日子,一方面月食对于古希腊人同样持有特殊的含义。所以她们一面想清楚太阳的岗位,一方面也想通晓月球的岗位。假诺了解了阳光的职务,那么就可以通过这些涉及推算出月亮的位置。古希腊的天思想家默冬(Meton)于公元前431年公告推导出来19年7闰,历史上称作默冬章。”

“这多少个民族即便相隔一个大洲,但英雄所见略同。”

“不过希腊人不惟要总括出默冬章,他们还想用一种机械的主意把阳光和月球的活动展现出来。而这种自动化统计的思想方法影响了新生西方的没错、甚至总结机的产出。”

“所以古希腊人想到了用齿轮来展开测算?”

“对。不过要弄清楚古希腊人是怎么用齿轮解决那么些题材的,Price必须搞领会齿轮的个数。他盼望从不同齿轮的个数里找到太阳周期和月亮周期以内的关联。不过在统计从前,大家需要从其它一个角度去解释一下19年7闰。”

“哦,怎么解释啊?”

“从地球的角度看,19年里月球刚好绕地球转了235圈。但是由于地球本身还绕着阳光转,所以每过1年,地球也带着月球多转了一圈,所以从太阳系或者从其他恒星的角度看月球,19年间月球多转了19圈。”

“也就是一起转了235+19=254圈?”

“对。19年总括是19×365.2422=6939.6天,平均到254份里,每一份名为一个恒星月,因为它是以浓厚的恒星作为移动参照系的。每个恒星月是27.321661天,比朔望月的29.53天少两天多。所以,19个地球回归年=254个恒星月。”

“嗯,精晓了,但是这有哪些用吗?”

“让我们再次来到Price。他想从齿轮的个数里找到太阳活动和月球运动之间涉及,也就是弄精晓古人是怎么从太阳周期推算到月球周期的。他首先得到了五个齿轮上小齿的个数:65,38,48,24,128,32.

“普赖斯(Price)(Price)怎么破解这个数字的深邃呢?”

“和我们一致:猜!他尝试了五遍乘和除,找到了一个简便式子:”

[图表上传败北…(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而不是254。”
学生说道。

“对。Price立即想到,是不是齿轮的盘算有误差。于是Price(Price)对数据做了部分细微的调整:把65改为64,把128改为127,这样就获取:

[图形上传失败…(image-4eb0b-1509983188389)]

普赖斯(Price)复原的教条内部的齿轮分布,其中多少个齿轮上的齿数:64,38,48,24,127,32.
普赖斯(Price)(Price)利用这几个数字拿到了19年254个恒星月的关联。

“哇!奇迹出现了,这恰恰是默冬周期!19个地球回归年=254个恒星月。”

“嗯,Price靠在椅背上,吸了一口烟斗,缓缓地吐出烟圈。古希腊机械的2000多年前的秘闻正在解开面纱,表表露真正的面目。这表示,只要给这个机械输入一个象征太阳地点的日期,就可以提示出月球在穹幕中的地方(恒星月)。但是,又出现了一个新题材。”

“什么问题又堵截Price了?”

“当齿轮传动时,相邻齿轮的移动方向是相反的。你能想象出来啊?”

“嗯,想象得出去。一个齿轮顺时针转动,和它啮合在共同的齿轮是逆时针转动的。这有怎么着关联吗?”

“有提到,这一定于在乘法或除法总结里多出去一个负号!”

“哦,是呀,本来相加的就改成相减了!”

“是的,Price冥思苦想,想找出一个办法来表明这种意想不到的负号。然而一个疯狂的想法平素占据他的大脑:古希腊人有可能会采用这么些机械装置去预测月相!”

“”预测月相?这想法够大胆的,因为恒星月和遵照月相定义的朔望月不太一致。按照刚才的齿轮比推算,19年对应于254个恒星月,古希腊人只好从日期推算出恒星月,也就是以恒星为参照系的月球的职务。而月相则是从地球看出来的月亮的岗位。二者并不相同!”
学生说道。

恒星月Sideal month以恒星作为参照系,唯有27.3天。朔望月Synodic
month是从地球上看到的七个新月之间的年月间隔,是29.5天

“是的,你说的有道理。经过一个恒星月,月亮在天上恒星背景上回来了相同的岗位,然而月相并不曾回到相同的月相。而回到相同的月相则需要一个朔望月,比恒星月多2天多或多或少。不过普赖斯(Price)(Price)知道,朔望月和恒星月之间有提到,因而有可能从恒星月推算出朔望月,从而总括出月相。”

“哦,他挺顽强的,看来不打算舍弃。这他是怎么从恒星月推算到朔望月的吗?”

“因为恒星月的个数等于朔望月个数加上年数,即
235+19=254,所以从254获取235,需要减去19.”

“只需要一个减法?他的推理有什么按照吗?”

“普赖斯(Price)(Price)看到一组齿轮,它有2个输入:太阳的反向旋转速度和月亮相对于恒星的旋转速度,他以为这组齿轮应该有一个输出来提醒月相。他认定应该有一个齿轮来完成减法。Price认为经过这样的差速齿轮,19年周期就转向为235个朔望月从而指示月相变化。他觉得前边板的下面实现了那么些职能。”

“嗯,似乎有点道理。”

“你精晓吗?在现世工业中,最常用的就是差速齿轮。但问题是差速齿轮很复杂。即使古希腊就有差齿轮,这大家对古希腊科技的认识就要重写了。传说中国太古黄帝曾造出指南车,里面可能应用了差速齿轮,但这只是风传。西方一般认为,差速齿轮的宽泛利用是在文艺复兴将来。”

“哦。看来Price(Price)的测算仍无法声明。对了,后边板的上半片段是做如何的吗?”

“前边板的上半局部,普赖斯(Price)(Price)臆想用来显示4年周期的年份,因为前边板只可以提示日期,而无法指示年份。他预言它还有日历总结器的功用,可以提醒恒星的职务。”

“嗯,安提基特拉机械的效能还蛮丰硕的。”

“最后,Price写作了70页的小说,《Gears from the
Greeks古希腊的齿轮装置》,于1974年刊载。”

“宣布如此一篇杂谈的意义是何许?”

“这时人们曾经知晓,安提基特拉机械是最古老的齿轮机械,也是水土保持的最复杂的机械。普赖斯(Price)的意识融合了天农学知识、数学领会和教条技术,这一个东西唯有到了九死一生时期才能与之媲美。Price(Price)认为,这个文化导致了后来非洲的技术暴发,并吸引了现代文明。”

“人们接受了他的见解了啊?”

“法学家们对这篇作品表示欢迎,可是古希腊野史依旧遵照过去的办法讲授。你驾驭吗?这篇作品在1980年引起了加利福尼亚香槟分校高校助教理查德(Richard)·费曼的眷顾。”

“就是我们商讨祖冲之时提到的Noble(Bell)物理学奖拿到者理查德(理查德(Richard))·费曼吗?” (
《时间之问》第6周C
祖冲之:不仅会算还会辩

“对。他亲身去了雅典去采风那么些机械安装。他认为这件东西太奇特了,简直不可捉摸。那好像唯有是一个史前的有齿轮的机械装置而已。他的疑团是:在那么多的展品中,为何唯有那件如此独特?”

“那Price(Price)的作品对其别人爆发了影响呢?”

“普赖斯(Price)的篇章对一个青年人发生了伟大持久的震慑。这厮处于大英帝国,他是26岁的Michael(Michael)赖特(Wright). 他读到了普赖斯(Price)(Price)长达70页的篇章,对此发生了深入的趣味。”

“他是做什么的?”

“迈克尔(Michael)(Michael)赖特在伦敦(London)科学博物馆做事,负责博物馆的工业革命时代的机械。普赖斯(Price)的作品瞬间点燃了她对安提基特(基特)拉机械的心旷神怡,但这也变成她新生悠久的不快的来源,这是后话了。”

“他同意普赖斯(Price)(Price)小说的视角呢?”

“不完全同意。虽然她很喜欢普赖斯的探讨,但他对Price的稿子的有点地点不太如意。例如,赖特(Wright)认为安提基特拉机械似乎从未必要运用这样复杂的差速齿轮来实现这样简单的月相提示。以他出任科学博物馆工业机器馆员的经验看,只需要一组大概的不乏先例齿轮就足以做获得显示月相。”

“哦,黄河后浪推前浪,新的人有了新的想法和质疑。”

“对,新的质询代表有可能会有新的觉察。普赖斯(Price)(Price)认为他早就倾尽全力探究了安提基特(基特(Kit))拉机械,这篇70多页的篇章是他有关安提基特(基特(Kit))拉讨论的尾声的硕果。这时已经是1970年代,大规模集成电路起初现出并快捷登上历史舞台,世界进入了电子总计机时代。”

“哦,人类的盘算能力已经不行同日而语了。”

“这时的微处理器芯片都是合二为一在一个二维平面上的,普赖斯(Price)(Price)大胆预测未来会油不过生集成度更高、统计能力更强硬的三维芯片。”

“这些想法近日着实成为了切实可行了吧?”

“嗯,有机会我们之后会详细聊。普赖斯认为,未来的微处理器不仅会算,还享有思考能力,甚至有创立力。”

“最近的人工智能、深度学习的飞速前进也认证了普赖斯(Price)(Price)的前瞻。”

“对,他还曾以为,总括机的能力会像指数曲线这样迅速发展。”

“这Price(Price)之后,Wright又对安提基特(基特)拉机械的探讨有了怎么样突破呢?”

“即使普赖斯(Price)的杂谈前无古人、引领风骚,但Wright发现小说里设有不少可疑之处甚至错误,他操纵把这个搞个究竟。”

“哦,是吧?Wright发现了那个错误吧?”

“哦,大家明天的流年不多了,下次再聊吧。”

“好的,老师再见!”

“再见!”



至于作者:笔名偶遇科学,微电子学学士,喜欢追逐事物背后的案由和见仁见智科目标牵连,寻求科学与人文的同甘共苦。求学和教学的阅历让他赢得了严俊的思索精神,更让她清楚了无可非议背后温情和人文不可或缺。每一周他和学习者在餐厅的固定约会,话题无所不包,一起发现科学、并分享思考的童趣。


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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