如果不是因為在地中海同一區域相隔2000年的兩次風暴，古代世界最重要的技術文物可能永遠消失了。
第一次風暴發生在公元前1世紀中期，擊沉了一艘滿載希臘珍寶的羅馬商船。第二次風暴發生在公元1900年，迫使一群海綿潛水員在克里特島和希臘大陸之間的安提凱希拉小島附近避風。風暴過後，潛水員在當地水域碰運氣尋找海綿，偶然發現了沉船。幾個月後，在希臘政府的支援下，潛水員返回。在九個月的時間裡，他們在歷史上最早的大型水下考古發掘之一中，打撈出了一批精美的古希臘物品——珍貴的青銅器、令人驚歎的玻璃器皿、雙耳細頸 Clay 罐、陶器和珠寶。
一件物品起初並沒有引起太多注意：一個不起眼、嚴重鈣化的腫塊，大小如電話簿。幾個月後，它散架了，露出了腐蝕的青銅齒輪的殘骸——所有齒輪都夾在一起，齒長只有一毫米半——以及覆蓋著科學刻度和希臘銘文的金屬片。這一發現令人震驚：在此之前，人們認為古代人制造齒輪只是為了粗糙的機械任務。
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安提凱希拉裝置（該裝置的名稱）的三個主要碎片現在陳列在雅典的希臘國家考古博物館。它們看起來既小巧又脆弱，周圍環繞著莊嚴的青銅雕像和古希臘的其他藝術輝煌。但它們的微妙力量甚至比任何人最初想象的還要令人震驚。
我第一次聽說這個裝置是在2000年。我當時是一名電影製作人，威爾士卡迪夫大學的天文學家邁克·埃德蒙茲聯絡了我，因為他認為這個裝置會成為一部很棒的電視紀錄片的主題。我瞭解到，幾十年來，研究該裝置的研究人員取得了相當大的進展，表明它可以計算天文資料，但他們仍然無法完全掌握它的工作原理。作為一名前數學家，我對親自理解該裝置產生了濃厚的興趣。
埃德蒙茲和我召集了一個國際合作團隊，最終包括歷史學家、天文學家和兩個成像專家團隊。在過去的幾年裡，我們的小組重建了幾乎所有幸存部件的工作原理以及它們執行的功能。該裝置計算日月食的日期，根據當時可用的最佳知識模擬月球在天空中的微妙視運動，並記錄具有社會意義的事件的日期，例如奧林匹克運動會。至少在之後的一千年裡，世界任何地方都沒有發現具有可比技術複雜性的事物。如果這個獨特的標本沒有幸存下來，歷史學家會認為它不可能在當時存在。
早期先驅
德國語文學家阿爾伯特·雷姆是第一個在1905年左右理解安提凱希拉裝置是一種天文計算器的人。半個世紀後，當科學史學家德里克·J·德索拉·普賴斯（當時在位於新澤西州普林斯頓的高等研究院）在大眾科學雜誌上發表文章描述該裝置時，它仍然很少透露其秘密。
普賴斯認為，該裝置透過轉動側面的曲柄來操作，並透過移動位於正面和背面的刻度盤上的指標來顯示其輸出。透過轉動曲柄，使用者可以將機器設定為正面365天日曆刻度盤上指示的特定日期。（刻度盤可以旋轉以調整每四年一次的額外一天，就像今天的閏年一樣。）同時，曲柄驅動裝置中的所有其他齒輪，以產生與設定日期相對應的資訊。
第二個正面刻度盤與日曆同心，標有360度，並標有代表黃道十二宮星座的12個符號。這些是太陽在其相對於“固定”恆星的視運動中穿越的星座——“運動”實際上是地球繞太陽公轉的結果——沿著稱為黃道的路徑。普賴斯推測，該裝置的正面可能有一個指標，顯示在所需日期太陽在黃道上的位置。
在倖存的碎片中，普賴斯確定了十幾個齒輪的殘骸，這些齒輪曾經是該裝置內部結構的一部分。他還估計了它們的齒數——考慮到幾乎所有齒輪都已損壞和不完整，這已經是人們所能做的全部了。後來，在1974年的一項里程碑式研究中，普賴斯描述了主要碎片中的27個齒輪，並根據希臘放射學家查拉蘭博斯·卡拉卡洛斯對該裝置進行的首次X射線檢查，提供了改進的齒數。
齒數表明了該裝置的計算內容。例如，轉動曲柄使一個主要的64齒齒輪轉動整整一圈，表示一年的過去，如日曆刻度盤上的指標所示。該主齒輪還與兩個38齒的副齒輪配對，因此每個副齒輪每年轉動64/38次。同樣，運動在整個裝置中從一個齒輪傳遞到另一個齒輪；在每個步驟中，齒輪齒數的比率代表不同的分數。運動最終傳遞到指標，指標因此以與不同天文週期相對應的速率轉動。普賴斯發現，其中一個齒輪系的比例體現了古代巴比倫的月球週期。
普賴斯和之前的雷姆都認為，該裝置還包含行星齒輪——在軸承上旋轉的齒輪，這些軸承本身連線到其他齒輪，就像瘋狂帽匠茶杯之旅中的茶杯一樣。行星齒輪將齒輪可以計算的公式範圍從分數的乘法擴充套件到加法和減法。在西方技術中，至少在1500年內沒有其他行星齒輪的例子被發現。
其他幾位研究人員也研究了該裝置，最著名的是倫敦科學博物館的館長邁克爾·賴特，他與悉尼大學的計算機科學家艾倫·布羅姆利合作。他們對該裝置進行了首次三維X射線掃描，並表明普賴斯對該裝置的模型一定是錯誤的。布羅姆利於2002年去世，但賴特堅持了下來，並取得了重大進展。例如，他發現了證據表明，最初看起來像同心環的背面刻度盤實際上是螺旋形的，並在正面發現了一種計算月相的行星齒輪裝置。
賴特還採用了普賴斯的見解之一，即背面上的刻度盤可能是基於19年235個陰曆月的週期（稱為默冬週期）的陰曆。這個日曆以公元前五世紀的雅典天文學家默冬的名字命名——儘管它更早由巴比倫人發現——並且至今仍用於確定猶太節日 Rosh Hashanah 和基督教節日復活節。後來，我們發現指標是可伸縮的，因此其末端的一個銷釘可以沿著螺旋線的每個連續轉彎的凹槽移動。
雅典的銀翼殺手
當我們小組開始努力時，我們受到了令人沮喪的資料匱乏的阻礙。我們無法獲得之前的X射線研究，甚至沒有一套好的靜止照片。科學雜誌上的兩張圖片——金魚的X射線照片和巴比倫泥板的增強照片——向我暗示了獲得更好資料的新方法。
我們要求加利福尼亞州的惠普公司進行最先進的攝影成像，並要求英國的X-Tek Systems公司進行三維X射線成像。經過四年的謹慎外交，塞薩洛尼基亞里士多德大學的約翰·塞拉達基斯和雅典大學的克塞諾芬·穆薩斯獲得了必要的許可，我們安排成像團隊將其工具帶到雅典，這是必要的一步，因為安提凱希拉裝置太脆弱，無法運輸。
與此同時，我們接到了博物館的瑪麗·扎菲羅普洛的意外電話。她去過地下室儲藏室，發現了幾箱標有“安提凱希拉”的碎片。我們可能會感興趣嗎？我們當然感興趣。我們現在總共有82個碎片，從大約20個增加到82個。
惠普團隊由湯姆·馬爾茲本德領導，組裝了一個看起來很神秘的圓頂，直徑約五英尺，覆蓋著電子閃光燈，可以從不同角度提供照明。該團隊採用了一種來自計算機遊戲行業的技術，稱為多項式紋理貼圖，以增強表面細節。普賴斯發現難以辨認的銘文現在清晰可見，並且可以透過控制表面的反射率和照明角度在計算機螢幕上增強精細細節。銘文字質上是寫在外板上的說明手冊。
一個月後，當地警察不得不清理雅典市中心的街道，以便一輛卡車運載 X-Tek 的八噸重 X 射線機 BladeRunner 進入博物館。BladeRunner 執行的計算機斷層掃描類似於醫院的 CT 掃描，但細節更精細。X-Tek 的羅傑·哈德蘭和他的團隊對其進行了特殊改裝，使其具有足夠的 X 射線功率來穿透安提凱希拉裝置的碎片。由此產生的三維重建非常棒：普賴斯只能看到重疊齒輪的謎題，而我們現在可以隔離碎片內部的層，並看到齒輪齒的精細細節。
出乎意料的是，X 射線揭示了隱藏在碎片深處的2000多個新的文字字元。（我們現在已經識別並解讀了總共3000個字元，而最初可能存在15000個字元。）在雅典，穆薩斯和同樣在雅典大學的亞尼斯·比察基斯以及歷史和古文字學中心的阿伽門農·特塞利卡斯開始發現人類肉眼已經看不見超過2000年的銘文。其中一條翻譯為“...螺旋細分235...”，證實了背面上部的刻度盤是一個描述默冬歷的螺旋線。
巴比倫系統
回到倫敦的家中，我也開始檢查CT掃描。某些碎片顯然都是背面下部螺旋刻度盤的一部分。對刻度盤四圈螺旋線中總分割數的估計表明為220到225。
素數223是明顯的競爭者。古代巴比倫人發現，如果觀察到月食——只有在滿月時才會發生——通常在223個滿月後會發生類似的月食。同樣，如果巴比倫人看到日食——只有在新月時才會發生——他們可以預測，在223個新月後，會發生類似的日食（儘管他們並非總是能看到它：日食僅在特定地點可見，古代天文學家無法可靠地預測它們）。日食以這種方式重複出現，因為每223個陰曆月，太陽、地球和月球都會相對於彼此大致回到相同的排列位置，這種週期性被稱為沙羅週期。
在刻度線之間是成塊的符號，幾乎都包含Σ（sigma）或H（eta），或兩者兼有。我很快意識到Σ代表Σεληνη（selene），希臘語意為“月亮”，表示月食；H代表Ηλιοσ（helios），希臘語意為“太陽”，表示日食。巴比倫人也知道，在223個月的週期內，日食只能在特定的月份發生，這些月份以可預測的模式排列，間隔五個月或六個月；刻度盤周圍符號的分佈與該模式完全匹配。
我現在需要沿著線索進入裝置的核心，以發現這種新的見解將走向何方。第一步是找到一個223齒的齒輪來驅動這個新的沙羅刻度盤。卡拉卡洛斯估計，在主要碎片背面可見的一個大型齒輪有222個齒。但賴特已將此估計值修正為223，埃德蒙茲也證實了這一點。有了其他齒輪的合理齒數，並新增一個小的、假設的齒輪，這個223齒的齒輪就可以執行所需的計算。
但是，一個巨大的問題仍然沒有解決，並且被證明是齒輪傳動系統中最難破解的部分。除了計算沙羅週期外，大型223齒齒輪還承載著普賴斯注意到的行星齒輪系統：一個由兩個小齒輪組成的夾層結構，以茶杯式遊樂設施的方式連線到較大的齒輪上。每個行星齒輪還連線到另一個小齒輪。令人困惑的是，所有四個小齒輪似乎都具有相同的齒數——50——這似乎是荒謬的，因為輸出將與輸入相同。
經過幾個月的挫敗感，我想起了賴特觀察到，兩個行星齒輪之一的表面上有一個銷釘，該銷釘與另一個行星齒輪上的槽口齧合。他的關鍵想法是，這兩個齒輪在略微不同的軸上轉動，相隔約一毫米。因此，一個齒輪轉動的角度在略微寬於和略微窄於另一個齒輪轉動的角度之間交替變化。因此，如果一個齒輪以恆定速率轉動，則另一個齒輪的速率會保持在略微快於和略微慢於之間變化。
探尋月球
儘管賴特拒絕了他自己的觀察結果，但我意識到，根據公元前二世紀最先進的天文學理論（通常歸因於羅德島的喜帕恰斯），計算月球運動正是需要變化的旋轉速率的。在開普勒（公元1605年）之前，沒有人理解軌道是橢圓形的，月球在向近地點（離地球最近的點）加速，並在向遠地點（相對的點）減速。但古代人確實知道，月球相對於黃道十二宮的運動似乎會週期性地減速和加速。在喜帕恰斯的模型中，月球以恆定速率繞一個圓運動，該圓的中心本身以恆定速率繞一個圓運動——這是對月球視運動的相當好的近似。這些圓套圓的運動，本身稱為本輪，在接下來的1800年裡主導了天文思維。
還有一個更復雜的問題：近地點和遠地點不是固定的，因為月球軌道的橢圓每九年左右旋轉整整一圈。因此，天體返回近地點所需的時間比它返回黃道中同一點所需的時間要長一點。差異僅為每年0.112579655轉。當輸入齒輪有27個齒時，大齒輪的旋轉略微過大；當有26個齒時，則略微過小。正確的結果似乎介於兩者之間。所以我嘗試了一個不可能的想法，即輸入齒輪有26個半齒。我按了計算器上的鍵，它給出了0.112579655——完全正確的答案。小數點後九位數字不可能只是巧合！但是齒輪不能有分數齒數。
然後我意識到26個半齒的2倍是53。事實上，賴特估計一個關鍵齒輪有53個齒，而我現在看到這個齒數使一切都變得可行。設計者安裝了銷釘和槽口行星齒輪，以微妙地減慢其變化的週期，同時保持基本旋轉不變，這是一種純粹的天才構想。感謝埃德蒙茲，我們也意識到，位於裝置背面的行星齒輪系統移動了一根軸，該軸在另一根空心軸內穿過裝置的其餘部分併到達正面，從而可以在黃道刻度盤和月相顯示器上表示月球運動。現在解釋了所有齒輪的齒數，只有一個小齒輪仍然是個謎。
進一步的研究使我們對我們的模型進行了一些修改。其中一個是關於一個小的輔助刻度盤，它位於背面的默冬刻度盤內，並分為四個象限。當我讀到其中一個象限下的單詞“NEMEA”時，第一個線索出現了。紐約大學歷史學家亞歷山大·瓊斯解釋說，它指的是尼米亞運動會，這是古希臘主要的體育賽事之一。最終，我們發現，在刻度盤的四個扇區周圍刻著“ISTHMIA”（科林斯地峽運動會）、“PYTHIA”（德爾斐運動會）、“NAA”（多 Dodona 的小型運動會）和“OLYMPIA”（希臘世界最重要的運動會，奧林匹克運動會）的大部分名稱。所有運動會每兩年或四年舉行一次。以前，我們認為該裝置純粹是一種數學天文儀器，但我們將其命名為奧林匹亞刻度盤，它賦予了該裝置完全出乎意料的社會功能。
倖存的30個齒輪中有29個計算太陽和月球的週期。但是，我們對裝置正面銘文的研究也產生了大量關於重要恆星和行星升起和落下的資訊。此外，在裝置正面的“主”齒輪上，軸承的殘餘物證明了一個丟失的行星齒輪系統的存在，該系統很可能模擬了行星沿黃道的來回運動（以及太陽自身運動的異常）。所有這些線索都強烈支援將太陽和古代已知的至少一些行星（水星、金星、火星、木星和土星）包括在內。
賴特構建了一個包含所有五顆行星的行星齒輪系統的裝置模型。但他巧妙的佈局與所有證據都不符。憑藉其額外的40個齒輪，它可能也太複雜了，無法與裝置其餘部分的卓越簡潔性相匹配。最終答案可能仍然位於海底50米處。
尤里卡？
該裝置來自哪裡以及由誰創造的問題仍然懸而未決。沉船中的大部分貨物來自希臘東部世界，來自佩加蒙、科斯和羅德島等地。很自然地猜測喜帕恰斯或其他羅德島天文學家建造了這個裝置。但是，隱藏在默冬歷的235個月刻度線之間的文字與這種觀點相矛盾。一些月份名稱僅在古希臘世界的特定地點使用，並暗示了科林斯起源。如果該裝置來自科林斯本身，那麼它幾乎肯定是在公元前146年科林斯被羅馬人徹底摧毀之前製造的。也許更有可能的是，它是為在希臘西北部或西西里島的科林斯殖民地之一中使用而製造的。
西西里島提出了一個非凡的可能性。該島的城市錫拉庫扎是古代最偉大的科學家阿基米德的故鄉。公元前一世紀，羅馬政治家西塞羅講述了公元前212年阿基米德在錫拉庫扎圍城戰中被殺，以及勝利的羅馬將軍馬塞勒斯帶走了一件戰利品——阿基米德製造的天文儀器。那是安提凱希拉裝置嗎？我們認為不是，因為它似乎是在阿基米德去世幾十年後製造的。但它可能是按照源於這位“尤里卡”先生本人的儀器製造傳統制造的。
關於安提凱希拉裝置，許多問題仍然沒有得到解答——也許最重要的是，為什麼這項強大的技術在其自身時代和隨後的幾個世紀裡似乎沒有得到充分利用。
在大眾科學雜誌上，普賴斯寫道：
令人有點害怕的是，要知道就在他們偉大的文明衰落之前，古希臘人在思想上，而且在科學技術上也如此接近我們的時代。
我們的發現表明，安提凱希拉裝置比普賴斯所設想的更接近我們的世界。
注：本文最初以標題“解碼古代計算機”印刷。