Компьютер Архимеда — различия между версиями

Текущая версия на 08:28, 30 ноября 2017

Компьютер Архимеда (Антикитерский механизм, Μηχανισμός των Αντικυθήρων) — условное название античного механического вычислительного устройства, служащего для расчёта движения Солнца, Луны и планет. Первый аналоговый компьютер.

Хронология обнаружения

Впервые о «Компьютере Архимеда» сообщал римский политический деятель Марк Туллий Цицерон:

Но — сказал Галл — такая сфера, на которой были бы представлены движения Солнца, Луны и пяти звёзд, называемых странствующими и блуждающими, не могла быть создана в виде сплошного тела; изобретение Архимеда изумительно именно тем, что он придумал, каким образом, при несходных движениях, во время одного оборота сохранить неодинаковые и различные пути. Когда Галл приводил эту сферу в движение, происходило так, что на этом шаре из бронзы Луна сменяла Солнце в течение стольких же оборотов, во сколько дней она сменяла его на самом небе, вследствие чего и на небе сферы происходило такое же затмение Солнца, и Луна вступала в ту же мету, где была тень Земли, когда Солнце из области^[1].

Архимед, великий сиракузский учёный (частично его можно назвать и «карфагенским», и даже «карфагенским военачальником», так как Сиракузы присоединились к войне Карфагена против римлян, а Архимед был одним из командующих сиракузскими войсками, действовавших против римлян на стороне карфагенян), действительно был выдающимся механиком, астрономом и изобретателем, так что Цицерону вполне можно верить, тем более что во времена Цицерона ещё существовала богатая литература эпохи Пунических войн, а сам Цицерон был эрудированным и серьёзным автором.

Вещественным доказательством изобретения Архимеда стало найденное греческим водолазом Ликопантисом 4 апреля 1900 года механическое устройство, поднятое с древнеримского судна, затонувшего недалеко от греческого острова Антикитера (между островом Крит и полуостровом Пелопоннес). Это устройство, названное «Антикитерский механизм», было поднято в 1901 году.

17 мая 1902 года археолог Валериос Стаис нашёл среди поднятых с этого судна предметов несколько бронзовых шестерён, закреплённых в кусках известняка.

Найденный механизм датируется около 100 г. до н. э. (может быть, до 150 г. до н. э. или 205 г. до н. э.).

Хранится устройство в Национальном археологическом музее в Афинах.

Описание

«Антикитерский механизм» имел 37 бронзовых шестерён в деревянном корпусе, на котором находились циферблаты со стрелками и, по реконструкции. Примерные размеры механизма в сборе составляют 33×18×10 см. В этом механизме впервые использовалась зубчатая передача. Бронзовый механизм был встроен в деревянную раму.

Реконструкция Дерека Прайса

До 1951 года механизм оставался неизученным, затем британский историк науки Дерек Джон де Солла Прайс заинтересовался данным устройством и определил, что механизм является уникальным античным механическим вычислительным прибором.

Дерек Прайс сделал рентгеновское исследование механизма и построил его схему.

В 1959 году Прайс в журнале «Scientific American» опубликовал подробное описание механизма, полная схема которога была представлена лишь в 1971 году и содержала 32 шестерни.

Циферблат на передней стороне служил для отображения знаков зодиака и дней в году. Два циферблата сзади были настроены на 2 цикла: система шестерён с передаточным соотношением 254:19 использовалась для моделирования движения Солнца и Луны относительно неподвижных звёзд. Соотношение выбрано на основе Метонова цикла: 254 сидерических месяца (периода обращения Луны относительно неподвижных звёзд) с большой точностью составляют 19 тропических лет или 254 − 19 = 235 синодических месяца (периода смен фаз Луны). Второй цикл длится 223 лунных (синодических) месяца, после его завершении цикл солнечных и лунных затмений повторяется. Эти повторения позволяли вычислять положения небесных тел в будущем — вращением ручки задавались настройки. Положение Солнца и Луны выводилось на циферблат с одной из сторон устройства.

В реконструкции Прайса присутствовала дифференциальная передача, известная лишь с XVI века. При её помощью вычислялась разность положений Солнца и Луны, которая соответствует фазам Луны. Она выводилась на другой циферблат. Английский часовщик Джон Глив сделал по этой схеме работающую копию механизма.

Реконструкция Майкла Райта

Специалист по механическим устройствам из Лондонского музея науки Майкл Райт произвёл новое исследование устройства, для чего использовал методы рентгеновской томографии. Были построены и изучены рентгенографические двухмерные срезы устройства. Предварительные результаты исследования были представлены в 1997 году. Исследование показали, что в вышеописанной реконструкции Прайса имеются фундаментальные ошибки. Например, было показано, что предположение о наличии дифференциальной передачи в механизме не соответствует действительности. В 2002 году Райт предложил свою реконструкцию, в которой подтвердил общее заключение Прайса о том, что механизм служил для моделирования движения небесных тел. По Райту, механизм мог моделировать движение не только Солнца и Луны, но и Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна.

Antikythera Mechanism Research Project

В 2005 году был открыт англо-греческий проект «Исследование Антикитерского механизма» (Antikythera Mechanism Research Project) под эгидой Министерства Культуры Греции, в котором приняли участие профессор Майк Эдмундс, математик Тони Фрит из Кардиффского университета и учёные из двух греческих университетов с применением современной техники.

В 2005 году было объявлено о нахождении новых фрагментов «Антикитерского механизма».

Чтобы восстановить положение шестерён внутри покрытых минералом фрагментов, применялась компьютерная томография, при помощи рентгеновских лучей позволяющей делать объёмные карты скрытого содержимого. В результате удалось определить взаимосвязь отдельных компонентов и рассчитать по возможности их функциональную принадлежность. Благодаря новой рентгеновской методике удалось прочитать около 95 % содержащихся в механизме надписей (примерно 2 тысячи греческих символов). С новыми надписями были получены данные о том, что механизм мог вычислять конфигурации движения Марса, Юпитера и Сатурна.

В 2008 году в Афинах был представлен доклад о результатах проекта Antikythera Mechanism Research Project: было выяснено, что механизм был способен учитывать эллиптичность орбиты движения Луны, используя синусоидальную поправку (первая аномалия лунной теории Гиппарха) — для этого применялось зубчатое колесо со смещённым центром вращения. Число бронзовых шестерён в реконструированной модели увеличено до 37 (реально уцелело 30). Механизм имел двухстороннее исполнение — вторая сторона применялась для предсказания солнечных и лунных затмений. Примерный срок изготовления механизма составляет 150−100 гг. до н. э.

Механизм мог показывать взаимное расположение светил на небесной сфере на конкретную дату, применялся для расчётов дат религиозных праздников, и для прогнозирования лунных и солнечных затмений.

Любопытно, что разработчики механизма пользовались вавилонской, а не древнегреческой системой исчисления.

Источники