Самый древний компьютер

Вычислительные машины всюду. Смартфон и компьютер есть почти у каждого горожанина. Умные часы и умные дома, оплата по QR-кодам, онлайн-бухгалтерия и другие услуги прочно вошли в нашу жизнь. И всё это обеспечивают вычислительные машины. Кажется, что эти машины – это новшества; и действительно, большинство из описанного появилось в течение жизни одного поколения людей. 

Однако вычисления как таковые люди стали производить, конечно, гораздо раньше, и издревле пытались упростить себе жизнь. В самом начале XX века во время раскопок в Греции был обнаружен загадочный механизм, и лишь столетие спустя исследователи поняли – что это такое. Оказалось, что это древнейший аналоговый компьютер. Расскажем об этом удивительном устройстве в этой статье. 

Находка среди драгоценностей

4 апреля 1900 года в водах Эгейского моря недалеко от греческого острова Антикитира, расположенного между Критом и материковой Грецией, греческий водолаз по имени Элиас Стадиатис нашёл останки античного судна. Водолаз отнюдь не занимался поиском древних кладов – он был собирателем губок. В тот день, поднявшись на поверхность, он испуганно сказал своему компаньону, что увидел «кучу мёртвых голых людей». Как выяснилось позже, эти мёртвые голые люди оказались мраморными статуями, раскиданными по морскому дну. 

Шестерёнки закрутились

В 1901 с найденного судна стали поднимать его груз – вышеупомянутые статуи античных богов, керамику, драгоценные изделия, монеты, изделия из стекла и даже музыкальные инструменты. Эта находка стала одной из первых крупных подводных археологических раскопок в мире. Всё найденное было передано на хранение в Национальный музей в Афинах. 

Сначала на таком богатом фоне необычное устройство вовсе не заметили. Однако в мае 1902 года при осмотре очередной порции находок археолог Валериос Стаис обнаружил нечто совсем неожиданное и даже сенсационное – сложный механизм с зубчатыми колёсами, а точнее, с точными бронзовыми шестерёнками размером с монету. Тогдашняя историческая наука утверждала, что подобные устройства появились столетиями позже. Поэтому находка породила активные и ожесточённые споры. 

Загадки артефакта

Изучать найденный механизм активно начали почти на полстолетие позже. В 1951 году британский историк науки Дерек Прайс убедительно доказал, что это находка является уникальным античным механическим вычислительным устройством. Его статья «Древнегреческий компьютер» вышла в 1959 году в журнале «Scientific American». В течение следующих лет механизм разделили на 82 части и получили таким образом сложную головоломку, которую предстояло не только собрать заново, но ещё и понять.

О первом компьютере читайте в нашем материале «ENIAC 1, или День влюблённых в код» 

В 2005 году – через полстолетия после статьи Прайса и через 100 с небольшим лет после обнаружения механизма – стартовал международный проект «Antikythera Mechanism Research Project» с участием учёных из Великобритании, Греции и Соединенных Штатов Америки. 

Исследовали подвергли находку рентгеновскому излучению и компьютерной томографии. Им удалось изучить внутреннее строение механизма, а также обнаружить и расшифровать значительное количество древнегреческих символов на странном приборе. На изучение прибора потребовались годы, и результаты кропотливых работ были представлены только в 2016 году. А к 2021 году была создана действующая модель загадочного механизма. Опубликована она была в том же «Scientific American»..

Как же функционировал этот компьютер – и главное, зачем он был нужен? 

Небесная механика

Антикитерский механизм – своего рода древнегреческий аналоговый компьютер, механический календарь. Он способен указать дату одного из 42 астрономических событий на десятилетия вперёд. При помощи прибора можно было вычислять движение Луны, Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна, предсказывать затмения, в том числе полные и неполные. 

С пониманием того, чем являлся этот инструмент, пришло понимание и того, что он, видимо, упоминался в некоторых древних текстах по астрономии. Например, знаменитый римский юрист, оратор и политик Цицерон в своём труде «О государстве» рассказывал о машине, «на которой были вычерчены движения Солнца, Луны и тех пяти звёзд, которые зовутся скитальцами… (то есть пяти планет)… Архимед… придумал способ точного описания этих разных и расходящихся движений одним устройством для вращения шара». 

Новая модель древнего прибора

Исследования показали, что в механизме предполагались 69 шестерёнок, которые служили для самых сложных астрономических вычислений. При этом шестерни выполняли сразу несколько функций. 

На передней панели колесо «главного привода» вращало все зубчатые передачи, которые в свою очередь перемещали стрелки и концентрические кольца. Последние отображали положения различных небесных тел. Небольшие сферы показывали местоположения Солнца и Луны, а также фазу Луны. Разноцветные шарики показывали позиции планет вдоль плоскости Солнечной системы. 

На задней панели находились две большие шкалы и несколько мелких. Большая шкала вверху панели являла из себя календарь метонова цикла – то есть 19-летнего повторения лунных фаз. Большая шкала внизу панели показывала 223-месячный сарос, то есть период, в котором даты солнечных и лунных затмений повторялись. Таким образом пользователь прибора мог узнать дату следующего затмения.  

Именно числа и натолкнули первых исследователей антикитерского механизма на мысль о том, что перед ними – астрономический прибор. К тому моменту уже было известно, что и вавилонская, и древнегреческая астрономия знали и о метоновом цикле повторения лунных фаз раз в 19 лет, и о саросе, периоде повторения затмений за 223 лунных месяца.

Потрясающая сложность

Как выяснилось в процессе рентгеновских исследований, механизм обладал практически чудовищной сложностью и сейчас сопоставим по техническому мастерству с астрономическими часами XVIII века. Так, например, в задней части механизма была расположена шестерня аж с 223 зубцами, которая поворачивала стрелку на спирально расходящейся шкале. Шкала не только прогнозировала затмения, но и давала характеристику каждому из них. 

Долгое время исследователи не могли понять функции четырёх шестерён, которые расположены по окружности крупной шестерни. На их поверхности были штырьки, которые входили в паз соседних шестерёнок, и это техническое решение казалось вначале совершенно бессмысленным – потому что шестерёнки всё равно вращались бы с одной скоростью. Однако выяснилось, что детали вращаются на разных осях и генерируют тем самым переменное движение. Так учёные пришли к выводу, что эта часть механизма заведовала переменным движением Луны – то есть обозначала моменты приближения и удаления спутника Земли.

Научные религиозные вычисления

В процессе исследования таинственного прибора учёные нашли на верхнем циферблате задней панели названия 4 панэллинских игр – Истмийских, Олимпийских, Немейских и Пифийских. Также обнаружились указания на игры, проводившиеся в древнегреческом городе Додоне. Вполне возможно, что механизм использовался и для расчётов дат религиозных праздников, которые были связаны с теми или иными астрономическими событиями. 

Есть предположение, что антикитерский механизм исполнял функцию корректировки календарей на основе метонова цикла. Что было вполне полезно по тем временам – почти каждый греческий полис имел свой собственный календарь, и это создавало порой изрядную неразбериху.

О том, как развиваются сейчас вычислительные машины, читайте в нашей статье «Вы готовы к революции квантовых компьютеров»?  

«Это устройство просто экстраординарное, оно единственное в своём роде, — говорит Майк Эдмундс (Mike Edmunds), профессор из университета Кардиффа (Cardiff University), возглавляющий исследование механизма. – Его дизайн превосходен, и астрономия совершенно точна… С точки зрения исторической ценности этот механизм я считаю дороже Моны Лизы».

Кто же создал этот чудесный механизм?

Отец тригонометрии

Древняя Греция славится своими выдающимися учёными, исследователями, ораторами и политиками. Математическая и астрономическая школы Древней Греции также поражали самыми удивительными открытиями. Поэтому даже предположить, кому принадлежит авторство антикитерского механизма, было достаточно сложно – разнообразных вариантов было множество. 

Архимед

Первым претендентом на авторство механизма, пришедшим на ум исследователям, стал Архимед. По сведениям современников знаменитого грека, учёный создал некий вариант механического небесного глобуса – правда, о внутреннем механизме этого устройства ничего не известно, а труд Архимеда «Об изготовлении сфер» не сохранился. К тому же, антикитерский механизм никак не напоминает глобус, и функции у него гораздо шире, чем простая демонстрация движения планет. 

Данные о небесных телах, внесённые в древнюю вычислительную машину, подсказали современным исследователям примерные координаты земного наблюдателя, от которого эти данные были получены – то есть приблизительное место создания прибора. Оказалось, что им могут быть либо город Сиракузы, либо остров Родос. А именно на Родосе провёл большую часть жизни выдающийся древнегреческий астроном и математик Гиппарх Никейский. С высокой долей вероятности можно утверждать, что он причастен к созданию этой машины. 

Гиппарх Никейский

Гиппарх был выдающимся астрономом, математиком, географом и механиком. Спустя более 2000 лет считается, что он был родоначальником тригонометрии. Уже тогда, 22 столетия назад, Гиппарх понимал, что Луна, как и прочие небесные тела, и Земля – шарообразна. 

Наблюдая за Луной, учёный провёл вычисления, которые позволили ему определить расстояние до спутника. В понятных нам единицах измерения оно равняется от 376 тысяч до 427 тысяч километров, при этом Гиппарх прекрасно понимал, что орбита Луны делает её то чуть ближе, то чуть дальше от наблюдателя. В настоящее время среднее расстояние до Луны считается равным 384 399 километрам, а крайние значения этого расстояния – 356 700 и 406 300 километров. Гиппарх оказался очень точен в своих расчётах. Вполне возможно, что свои данные, а также труды всех его предшественников из Древнего Вавилона и Древней Греции астроном и консолидировал в одном эффективном и категорически сложном приборе. 

Спустя века другой знаменитый учёный, Исаак Ньютон, сказал о себе: «Если я видел дальше, чем другие, то лишь потому, что стоял на плечах гигантов». Накопление знаний и последующее их обобщение – ценнейший процесс и в науке, и в обыденной жизни. Передайте знания о своём роде следующим поколениям – сохраните их в Цифровой капсуле времени, и ваши потомки смогут узнать и полюбить историю своей семьи.