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阿基米德“死光武器”燃烧镜真能点燃船?

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发表于 2015-12-23 00:36:26 | 显示全部楼层 |阅读模式
在人类发展史上,阿基米德是个令人肃然起敬的名字,是那个难再出现的辉煌时代造就的难以企及的伟大科学家;在百姓口口相传中,阿基米德更像个无所不能的天才,是那个充满神话色彩的浪漫国度滋养的被智慧女神眷顾的宠儿。


阿基米德是古希腊最杰出的科学家之一,他于公元前287年出生在西西里岛的叙拉古,父亲是一位渊博的数学家和天文学家。在父亲的影响下,阿基米德从小就学习了数学、天文学、物理学等方面的知识,逐渐成为古希腊后期最有成就的科学家,他准确的求出了计算球体、圆柱体的体积和表面积的公式,提出了抛物线所围成的面积和弓形面积的计算方法,发现了杠杆原理和浮力定律,并著有《论球和圆柱》、《抛物线求积》、《论杠杆》、《论重心》等著作。


  关于阿基米德的故事流传甚多,其中最为神秘和不可思议的是关于阿基米德的“死光”传说,千百年来成为人们争论不休的公案。


  公元前3世纪左右,意大利半岛上的罗马逐渐强大起来,开始对外发动一系列扩张战争。公元前213年,罗马军队在执政官马塞拉斯率领下进攻希腊西西里岛上的叙拉古城,罗马军队势力强大,叙拉古处于不利的形势。由于阿基米德是叙拉古国王赫农王的亲戚,又具有博学的知识和丰富的智慧,因此被选为赫农王的顾问,帮助国王解决生产、战斗中的一些技术问题。面对罗马人的强大攻势,阿基米德充分发挥了他的聪明才智科学技术,他先是利用杠杆原理制造了一批投石器,安装在叙拉古城的城墙上,当罗马人入侵时,叙拉古士兵在城墙上开动投石器,将许多又大又重的石块以飞快的速度投向从陆地上入侵的敌人,罗马军队抵挡不住这些从天而降的巨大古块,被打得失魂落魄,落荒而逃。



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  关于阿基米德的传说


  关于阿基米德的传说,最著名的恐怕就是那句“给我一个支点,我就能推动地球”。不过,人们知道,阿基米德从来都不是口出狂言的妄想家。在人们的记述中,我们看到的是一个出身贵族、谦虚好学、勤于思考、躬身实践的智者。他一生致力于发现、思考和发明,即便是临死前那一刻,他还念念不忘他的几何研究――“你踩坏了我的图。”“等一下再砍我的头,再给我一会儿功夫,让我把这条几何定律证明完毕,可不能给后人留下一道还没有求解出来的难题啊!”不过在这众多的传说中,有一个传说却始终被怀疑,甚至于在近些年已被一些科研机构认定为仅仅是一个传说而非事实,这就是著名的“致命奇光”。


  神奇而备受质疑的“死光武器”


  在古代罗马人侵略叙拉古之时,由马塞拉斯率领的罗马军队在和叙古拉军队的对抗中,几乎每天都在遭受各种各样稀奇古怪的武器的折磨,不过最惨的一次莫过于舰队的莫名自燃――他们发现对方士兵们手里只拿着镜子,然而,就在船要靠近西西里岛时,一道光柱从岸边射来,他们的船顿时烈焰升腾。眼看着自己的舰队燃起了熊熊大火,罗马人却怎么也找不到失火的原因,他们只看到天降一道光,船只就纷纷着起了大火,魂飞魄散的罗马人于是称其为“致命奇光”。不过他们也知道,这一定还是对面紧闭的城门里那个神奇的老人“作的法”。焦头烂额的马塞拉斯只能无奈地自嘲说:“这是一场罗马舰队与阿基米德一个人的战争。”于是,罗马人成了太阳能最早的牺牲品。


  的确,按照传说,“致命奇光”依旧属于阿基米德智慧的结晶。不过这个故事有多个版本,有些扑朔迷离。公元1200年,东罗马帝国一位并不为人特别信赖的历史学家对此有过一番精彩的论述:“当马塞拉斯将他们的舰队撤退到一箭之外时,这位老人――阿基米德搭建起一种六角形的镜子,在与镜子大小成一定比例的地方放了相似的四边形小镜子,可以用链环和铰链之类的东西移动它们。当镜子将光束反射到目标时,船只燃起了可怕的火,一箭之遥,他把船只化成灰烬。”在更为普遍的一个版本里,宣称阿基米德是召集了全城的妇女拿着化妆镜,在海岸线围成一个抛物线阵形,燃着了对方的舰队。


  然而几个世纪以来,对于古代伟大的科学家阿基米德,如何在公元前212年利用聚集的太阳能催毁罗马舰队、战胜敌人的战争传说,科学家们始终争论不休。有历史学家称当时的人并不具备了解光和镜子的知识,这只是一个传说。不过,2000年的一项研究已经证明某些古代文明世界,包括阿基米德的文明在内,已经有了相当发达的光学知识,以至他们可以制造出望远镜――一个归功于16世纪天文学家伽利略的发明――而且已经掌握了“燃烧镜”的使用。不过牛津大学物理学教授和光学专家保罗・尤尔特又提出新的质疑,即阿基米德利用当时可得的技术,未必能够把镜子造得那么平滑。但大英博物馆保管员最近给一个从古代卡尔胡阿西利亚城出土的玻璃碎片重贴标签时,认识到他们先前以为是小玩艺的东西,可能是一个用来矫正近视的精制凸镜。它制作于大约公元前800年,时间在阿基米德诞生大约600年前。


  事实上,最大的质疑应该还是因为模拟实验的失败。2005年,美国麻省理工学院和亚利桑那大学研究人员进行了两场试验来验证“致命奇光”传说的真实性,结果徒劳无功,该试验显示阿基米德的“致命奇光”很可能只是传说。不过,这并不是说办不到,只能说作为战争武器,是很不实际的。
  虽然如此,人们还是对几千年前,阿基米德能够指挥人们站在准确的位置,每个人都精确地摆好了镜子的角度,并得到了好天气的帮助而感到极大的困惑和怀疑。可是历史上由人力创造出来的奇迹还少吗?长城、金字塔……


  捍卫“死光武器”的名誉


  不管怎样,人们都不能轻易地否定“致命奇光”的存在,更何况是大名鼎鼎的阿基米德创造出的“神话”。最重要的是,我们同样可以找出很多史实和依据来证实它的存在。
  6世纪,拜占庭首都君士坦丁堡被敌舰围城――直到有几十个人手持镜子,放火点燃了敌舰,他们才算得救。现代科学家也在现代条件下,重做了同样的试验。1747年,布冯伯爵用了168面玻璃镜点燃约46米外的涂了木馏油的木头。1973年,希腊科学家伊奥安尼斯・萨卡斯,决定要检验一下是否能用“燃烧镜”点燃一只船。他让60个水手排队站在码头上,拿着大镜子,把光线反射到约46米开外的一只小船上。不到三分钟,船就着火了。


  虽然麻省理工学院研究人员的“致命奇光”试验失败了,但同一年,麻省理工学院工程系的学生却证明了“致命奇光”的可行性,学生们成功点燃了一个罗马战船的橡木模型。在20世纪90年代,英国莱斯特大学的科学家在叙拉古做了实地试验,他们用铜制平面镜收集春天的阳光,推断如果有足够多的平面镜(几百面)按正确方位排列,将光线集中到一点,在离海岸“一箭之遥”(约46米)的目标上,很容易产生482℃~593℃的高温。而早在17世纪,坚决拥护“致命奇光”传说的柯雪神父,在1645年从罗马出发来到遥远的叙拉古,沿着海岸行走,并考察得出一个结论:当马塞拉斯的舰队着火时,离阿基米德的队伍不超过30步。


  或许我们可以再现一下2000年前的海湾战场:由于意大利西西里岛属地中海型气候,夏干冬雨,所以那里夏天的天空应该是“晴空万里、艳阳高照”的;又由于广大面积的镜子需要一个适当的倾斜角度才可以反射,阿基米德祖国的妇女们不应该只拿镜子,更要拿椅子或是可以垫高的物品在海岸边依序排成汇聚光线于一点的倾斜的镜墙,再加上弓箭手以弓箭发射易燃物质入敌船内,声势浩大的古希腊海湾战场便产生了。


  在一个艳阳高照的海湾,急促的战鼓声响彻云霄,妇女们匆忙地拿着镜子和椅子在此集合,远方的罗马战舰渐渐逼近,阿基米德从容不迫地指挥妇女们依其高低顺序排成了一个抛物弧形阵仗,将太阳光在海面上汇聚于一处,弓箭手站好战斗位置,准备拉弓,此时,敌军到达亮光汇聚处,阿基米德大喊“发射”,一时,箭如雨下,沾满了易燃物质的箭,落入敌船,海上聚光处的高温使敌船迅速着火,在进入海湾之前,敌军舰队即化为灰烬。就这样,阿基米德聪明地带领全国人民战胜了强大的罗马军队。
  当然,这个场面很大程度上还是基于想象,但应该是合理的想象。而且最重要的,不管真相是什么,阿基米德和“致命奇光”的故事能够支撑起这样的说法:希腊人知道,太阳包含巨大的能量、危险的能量,并能用镜子集中,使用或增强这种能量。


罗马入侵,死光武器派上用场


第二年,罗马军队派出强大的舰队开进西西里岛岸边,准备一举歼灭叙拉古,面对来势汹汹的敌人,阿基米德指挥叙拉古士兵手持无数面镜子在岸边排成弧形,就在罗马人嘲笑他们愚昧懦弱的时候,忽然一道强光从天而降,罗马人的战船瞬间燃起熊熊大火,士兵被烧死,战船被烧毁。原来阿基米德利用了反光与聚焦原理,让成千上万的士兵手持磨光的镜子组成一面巨大的凹面镜,将太阳光聚焦到一点,从而汇集了大量的太阳热量,引起了罗马战船的火灾。罗马人被这突如其来的一幕吓得惊惶失措,赶紧引兵撤退,后来心有余悸的罗马军队的统帅马塞拉斯称这场战争为罗马军队与阿基米德一个人的战斗,而把那道可怕的强光称为阿基米德的“死光”。



  阿基米德的“死光”成为他博学智慧最生动的传说,没有人怀疑阿基米德的伟大和聪明才智,但利用反射的太阳光烧毁罗马战船这件事情却引起了历史学家的怀疑。历史学家和科学家们认为在2000多年前的古希腊人们并不了解光学和镜子的知识,阿基米德也没有留下关于光学方面的研究理论和著作,而且当时的镜子主要由青铜磨成,反光效果较差,不太可能在瞬间聚焦产生几千度的高温,况且当时罗马人的船队是在海上航行之中,叙拉古士兵的镜子与战船隔着较远的距离,如何对移动的战船做出准确的聚焦也是一个很大的难题,因此千百年年来人们一直对这个传说持怀疑态度。



  然而许多学者试图提供“死光”真实的历史证据。美国肯塔基州路易斯维尔大学历史学教授罗伯特·泰普尔援引例证说,公元515年,拜占庭首都君士坦丁堡遭到敌人围攻,科学家普罗克鲁斯命士兵手举镜子组成“燃烧镜”,高度聚焦的太阳光烧毁了敌人的战船,击退了敌人的进攻,而这项“燃烧镜”的发明是他与他的学生安提米乌斯共同研究的成果,其直接来源就是阿基米德的“死光”原理,以及其后亚历山大学派关于光学和透镜的理论成果。这一历史成为支持阿基米德确实烧毁古罗马战船的证据。



  进入现代,人们依然在寻找阿基米德“死光”的有力支持。1973年,希腊科学家伊奥安尼斯·萨卡斯决定通过试验来确定到底能否利用反射和聚焦的太阳光烧毁船只,他让60名水手排队站在码头上,每人拿着一面大镜子,组成一面巨大的凹镜形状,在太阳正盛的时候把光线反射到150英尺开外的一只小船上,结果不到3分钟,船只就着火了。



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阿基米德聚焦太阳光烧毁敌人战船的场景



  然而这些证据依然不能引起人们的信任。2005年10月,麻省理工学院和亚利桑那大学的研究人员亲自来到圣弗朗西斯科湾,也就是古叙拉古王国所在地进行实验。在实验中,麻省理工学院的研究人员在岸边拼起一个300平方英尺的铜镜和玻璃镜,用它们反射和聚焦后的阳光,径自射向45公尺外的渔船上,结果仅仅使渔船上的木头冒烟而没有生火,于是他们又把渔船停泊在离岸边约22.5公尺的地方,这一次聚焦的阳光点燃了船上的易燃品,冒出了小火苗,但火苗很快就熄灭了。与此同时,亚利桑那大学的研究人员用他们用的镜子组成一面大花瓣状凹镜来聚焦阳光,结果渔船上既没有冒烟也没有着火,试验以失败而告终。


  这一试验否认了阿基米德“死光”的可能性,使人们认识到那不过是一个传说。但支持派依然认为历史上确有其事,并指出当时阿基米德并不是直接用“死光”烧毁了罗马的战船,而是先用投石器向敌人的船上投掷了许多易燃物品,然后才用“死光”照射,结果引起了熊熊大火烧死了罗马军队。事实到底如何,现在考古学家和历史学家仍然在考证和争论,但阿基米德在2000多年前利用他的科学智慧帮助叙拉古军队取得了不少战争优势则是毋庸置疑的。






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