古希腊人对机械和自动化并不陌生。神话中,火神赫淮斯托斯就能制造出自动锅炉以及自动的金人和动物。而在亚历山大统治之前,很多希腊人也尝试过机械制造和改进。如《阿提卡之夜》中就说,毕达哥拉斯学派的阿尔库塔斯(Archutas)制作过一只能自鸣的机械鸟。

而在理论上,到托勒密二世时期,希腊人对“力”和“运动”都有了比较深入的思考。亚里士多德《物理学》中就已经把运动划归为“受外力的运动”和“自然运动”(直线&圆周运动)两种。除此以外,阿基米德对杠杆原理的理解、斯特拉通(Straton)对加速运动的认识还有欧几里得对震动产生声音的解释都为机械发展奠定了理论基础。

希腊化的成果(希腊化时期的科学)(1)

画个圈圈诅咒失败的阿基米德

战争机械

希腊化时期战事频繁,武器也全面更新。首先是弓向机械弩的转变。公元前4世纪初,希腊就开始有机械弩。这些弩被称为“用肚子射的弩”(gastraphetes),顾名思义,强弩用手臂张不开,必须压上体重才能张弓搭箭。

此类武器也越造越大,甚至可以达到3-5米长。这时候甚至需要多人合作才能搭弓射箭。这一类弩在改装之后也可以投石,炮弹的重量单发可以达到将近30公斤。在帕加马,当地军火库的遗存中就有大量石弹。

希腊化的成果(希腊化时期的科学)(2)

肚子弩示意图

这时期的另一大战争发明是扭力弹簧。通过把弓弦或投石器与扭力弹簧相接,射程更远。亚历山大的迪奥尼修斯(Dionysius of Alexander,前3世纪)据此发明了连弩(polybolos),科特斯比乌斯(Ctesibius)也尝试用不同金属改进弹簧的射程,还想造一个风力弩出来。可是这些发明都没有被广泛使用。

希腊化的成果(希腊化时期的科学)(3)

连弩复刻版

这一时段,攻城器械的改良也很多很多,比如用来帮助爬城墙的悬桥,还有用撞门柱改的钻墙机等等,在此就不一一赘述了。

希腊化的成果(希腊化时期的科学)(4)

攻城悬桥Sambuke

II. 生产机械

在生产中,除了人力和畜力,风能与水能很早就被利用了起来,只是具体的机械发明却姗姗来迟。如水磨坊船直到罗马时期才广泛运用,而风力的农业机械,在整个古代世界都几乎没有。

希腊化时期的发明,首先是著名的“阿基米德螺旋”(Archimedes’ Screw)。这一发明主要通过扭转螺旋将不同高度的水互相运送。最初,它被用来排出船舱的积水。但很快,农田灌溉等生产活动也用上了这个螺旋来从低处运水。

希腊化的成果(希腊化时期的科学)(5)

阿基米德螺旋示意图

除此以外,亚历山大里亚的席仑(Heron)也提出使用巧劲的方法。亚里士多德说,要提起一个重物必须用相同的力才能提起来或者推动。席仑则做了拓展:能不能推动和底下有没有水、木轮等物体有关,垫点圆的东西,推动起来就方便(他没有摩擦力的概念)。他还提出,如果把绳缠在多根圆木上,提东西就会轻松很多,这其实就是滑轮组的概念了(如图)。

希腊化的成果(希腊化时期的科学)(6)

席仑的滑轮组示意图(poluspaston)

III. 交通器械

运输方面,最大的变化就是船越造越大。伯罗奔尼撒战争期间常见的三层桨战舰到希腊化时期很快升级成了五层(当然,古典时期柯林斯就已经有五层了)。到托勒密二世时期(前250年),这个国王有一艘20层和两艘30层战舰,托勒密四世甚至造了个40层的(据说长130米)大船。当然,有学者也质疑,这时候的“层”和过去三层桨战舰的“层”是不是一个概念。

船大了,运的东西也多了。历史记载中最大的方尖碑(37米高),就是被托勒密二世愣是从阿斯旺一路运到了亚历山大里亚。只是这块方尖碑已经消失了,要是存在的话,比法国拿破仑抢的那块(23米)还有梵蒂冈的那块(25米)都要大许多。能和它媲美的,只有现存罗马的拉特兰方尖碑,也是37米,重455吨。除此以外,阿斯旺采石场里还有块半成品,估计会达到42米高,只是没完成。

希腊化的成果(希腊化时期的科学)(7)

现存于罗马的拉特兰方尖碑

IV. 医疗器械

很多现代医疗器械,在希腊化之前就已经存在:比如止血钳、手术刀、镊子都是古已有之,医药之神阿斯克勒庇俄斯的神庙里也供着一堆。希腊化时期的医学发明有不少,这里只讲一个最有趣的:“正骨床”

据说这种床是西医祖师希波克拉底发明的,但是真正的详细记载见于公元前1世纪,基提翁的阿波罗尼乌斯(Apollonios of Kition)对希波拉底《关节》一书的注解中。

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基提翁的阿波罗尼乌斯

这里提到了两种理疗牵引床,目的都是弄掉脊柱上的“富贵包”。第一类是吊床,把人绑在和梯子一样的床上,如果富贵包在脊柱下侧则倒吊,如果在上半截则正着吊。然后把梯子慢慢举起来,让病人靠自己的体重把脊柱拉直。这里,阿波罗尼乌斯还特别强调了安全性,需要把膝盖、腋窝等部位也绑在梯子上,防止病人掉下来。

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第二种则是平躺,让人趴着睡在床上或者是木板上,头、上身、膝盖、脚分别绑在床头床尾的两根木棍上,通过两个人拉伸这些木棍来正骨。这时候,也可以在他身上坐或者站一个人。

希腊化的成果(希腊化时期的科学)(10)

V. 娱乐机械

除了实用类机械,娱乐也很重要。上文提到的机械鸟就是一例。到希腊化时期,学者对震动和声音有了进一步了解。席仑就提出可以用风力和不同长短的管子建造“风琴”。

希腊化的成果(希腊化时期的科学)(11)

自动风力管风琴示意图

机械自动化也有了新进展。上文的席仑就介绍当时各类自动化的神殿和剧场。神殿可以自动运行到预设的位置,内部的各类物品也可以根据设定来运动。

怎么造,席仑说:首先用轻质材料做平台,方面舞台和机械人物的轮子运动。表面粗糙的话,还要提前铺设滑轨。内部,每个部件都要用磨得最远的齿轮相互驱动,齿轮间还要抹上油。控制的各类杠杆也需要精密的测算。最后,把所有机关连到一条绳上,拉扯一下,整个舞台就会前进(相当于拉线玩具?)。到指定地点,可以设置自动或手动开启各类功能,如舞台升降、喷水、圣物移动等。设计越精细越好。

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自动化神殿示意图

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