【電腦簡史】齒輪時代（一）——安堤基瑟拉儀
古物奇機
1900年10月的某一天，希臘有艘採集海綿的小船在返航途中，遇上一場突如其來的暴風雨，只好將船就近駛到一座無人島避難。這個菱形小島只有三公里寬，因位於較大的基瑟拉島（Kythera）南方，故叫安提基瑟拉島 (Antikythera) 。
過了三天，風雨終於平息，他們乾脆順便在停泊的海面下尋找海綿，沒想到竟在海床上發現一艘裝滿古物的沈船。船長回去後向當局回報，希臘皇家海軍隨即出動打撈。幾個月後，大量的陶罐、玻璃與金屬製品，以及銅製雕像堆積在雅典的國家考古博物館，初步鑑定這些古物至少已有兩千年的歷史。
在這批文物中，有一塊毫不起眼，已嚴重鈣化的小木盒靜靜地躺在一旁角落，始終未引起注意。直到1902年5月17日，一位工作人員發現它不知何時已風乾裂開成四塊，內部竟露出如鐘錶般的複雜齒輪結構，這才驚動館方找來專家，對這個猶如來自未來的「安提基瑟拉儀」展開調查。
之所以說猶如來自未來，是因為機械鐘是十三世紀末期才發明的，在此之前，齒輪只用於中大型的傳動裝置，構造也不大複雜。而安提基瑟拉儀的大小相當於一本電話簿，從外觀即可看到十餘個環環相扣、輪齒細密的齒輪；外部還有許多環狀刻度，以及應該是用於安裝指針的轉軸。它的構造如此繁複精密，毫不遜於現代鐘錶，兩千年前的古人怎麼可能做得出來？究竟它的來歷是什麼？又有什麼用途？
經過初步鑑定，安提基瑟拉儀的製造日期約莫在西元前一百年上下；而從上面少許依稀可辨的銘刻文字看來，應該是某種天文儀器。怎奈齒輪嚴重腐蝕，本體又因鈣化與石灰岩緊緊結合在一起，以二十世紀初的科技，根本無法探究其內部結構。隨後又接連爆發第一次世界大戰、希臘內部動盪、第二次世界大戰，破解工作就這麼擱置下來，直到1950年代以後，被淡忘的安提基瑟拉儀才再度被人想起，但多年下來，已經又有更多碎片剝落下來。
在許多科學家先後的努力下，運用陸續問世的新科技，例如X光、電腦斷層掃描，乃至原本用於電玩的表面紋理強化技術，逐步還原重建，安提基瑟拉儀的神秘面紗終於一層層揭開。
史上第一台計算機
經過科學家還原重建，安提基瑟拉儀的原始大小應為34×18×9公分，內部至少有35個齒輪，最大的直徑達13公分，最小的不到0.5公分，齒輪的輪齒數目從15個到223個不等。這些齒輪環環相扣，展出令人意想不到的功能，包括：
- 日、月及五大行星的相對位置
它的正面乍看有如時鐘，不過指針多達七根，分別代表太陽、月亮，以及水、金、火、木、土五顆行星。環狀刻度盤外圍細分成365個刻度，代表一年365天；內圈則均分為十二等分，分別標註太陽運動軌跡上的黃道十二宮名稱。
轉動側面的把手，帶動齒輪運轉，七根指針各自會以不同速度轉動，以模擬一年之中，太陽、月亮與五大行星在黃道帶的相對位置；每隔四年再轉動刻度盤，以符合閏年多出來的一天。月亮指針上還有顆會轉動的小圓球，用來顯示月相盈虧。
- 陰曆與陽曆的換算
安提基瑟拉儀背面則分成上、下部，各有一個刻度盤，乍看像是很多圈的同心圓，但其實是連續的螺旋線條。上半部的螺旋線條共有 235個陰曆月份的刻度，代表默冬週期 (Metonic cycle) ，這是由西元前五世紀的希臘數學家默冬 (Meton) 所發現的規律——月亮經過235次盈虧，剛好等於19個太陽年。這個螺旋刻度便是用來換算陰曆與陽曆。
當正面的指針轉動時，背面默冬週期的指針就像唱針沿著黑膠唱片的溝紋走那樣，順著螺旋線條轉，指出陰曆的月份。指針走到螺旋的盡頭，再撥回初始位置重新開始。
不過默冬週期的指針經過四次循環，就會比正面的太陽指針快了一天。為了讓陰陽曆的對應關係回到一致，刻度盤內的左半部有個連動的小指針，每完成一個默冬週期，便會轉四分之一圈；等它轉完一圈，就手動調整默冬週期的刻度盤，完成校正。
刻度盤內的右半部還有支小指針，每四年轉一圈。它的刻度盤也是均分成四等分，上面標註奧林匹亞運動會與其它幾個當時的重要賽事，除了可以知道舉辦的日子，也可以用來提醒四年一閏，要調整正面的刻度盤。
- 預測日食與月食
背面下半部的螺旋刻度，則是代表223個朔望月的沙羅 (Saros) 週期。由於每隔223個朔望月，排列成一直線的太陽、地球和月球，又會回到同樣的相對位置，沙羅週期的指針便是藉由這個原理，預測哪一天會再發生日食或月食。
這個刻度盤內也有個校正誤差的小指針。因為同樣的日月食在下次沙羅週期出現的時間，會晚8個小時；這個小指針每個沙羅週期轉三分之一圈，從它的位置就可知道發生日月食的時辰是在何時。
誰是發明人？
原來安提基瑟拉儀竟是功能如此完整的天文儀器，除了換算陰陽曆的日期，同時也呈現太陽、月亮與五大行星的運行軌跡，以及月相的盈虧變化，還能指出日月食的時間。這些計算原本相當繁複耗時，如今轉動齒輪即可得出答案，又更加迅速準確，這其實就是現代計算機的功用，因此許多人認為安提基瑟拉儀是史上第一台計算機。
如果不是時空旅客也不是外星人，那麼究竟是誰，具備這樣的天文知識與齒輪工藝，竟能在兩千一百年前就打造出安提基瑟拉儀？
安堤基瑟拉儀內部精巧複雜的齒輪組，讓人不禁猜測會不會是天才發明家阿基米德的傑作。他的年代和安堤基瑟拉儀相去不遠，也有許多超越時代的發明，例如螺旋抽水機、計算里程的馬車，以及能將敵人的船隻吊起的巨型裝置。更關鍵的是一則史書的記載。
根據羅馬學者西塞羅（Cicero）在西元前50年左右出版的《論共和國》，西元前212年羅馬軍隊攻陷位於西西里島的敘拉古（Siracuse）城時，阿基米德當場被羅馬士兵殺死，他所發明的一件天文儀器被羅馬將軍馬塞勒斯（Marcellus）據為己有。後來看過這件儀器的人描述道：
「……，阿基米德的發明令人驚嘆。因為他設計出了一種方法，用單一的動作就在不同的旋轉中維持各不相同且變動的軌道。當加盧斯轉動這個天球儀時，我們看到在這青銅裝置上，月球落後於太陽的天數就和天上的實際情形一樣。因此，這個天球儀上所顯示的日食，與實際天空中的日食完全一致；而且也能顯示當太陽排成一直線時，月球進入地球的陰影。……」
以往史學家並沒有太認真看待這段記述，畢竟除此之外，並沒有關於這件儀器實際構造的描述，當時是否真有這樣的技術能力也令人懷疑。而今安提基瑟拉儀出土並經專家復原重建後，為西塞羅這段文字大大增添了可信度，而且所描述的功能與安提基瑟拉儀如此類似，莫非阿基米德真的是發明人？
不過阿基米德死於公元前212年，安堤基瑟拉儀的年代卻是介於公元前205年到公元前87年之間，因此絕非他親手打造。你或許會反問：焉知安堤基瑟拉儀不是根據阿基米德的原始設計所打造出來的複製品？，
這就要從行星模型說起。我們知道在古人的宇宙觀中，地球是靜止不動的，所有天體都是繞著地球轉，但這樣怎麼解釋行星運行的速度時快時慢，甚至會倒退嚕？針對行星逆行這個令人困惑的現象，阿波羅尼奧斯（Apollonius of Perga）在西元前二、三世紀交替之際，提出「周轉圓」理論。他認為五大行星並不是像太陽、月亮那樣直接繞著地球轉，而是各自繞著一個假想的圓心轉（稱為「本輪」），然後這個本輪再繞著地球轉（稱為「均輪」），因此有時才會看到行星逆行。
不過這仍無法解釋行星的移動為什麼會忽快忽慢。後來希帕庫斯（Hipparchus）在周轉圓模型加入「偏心圓」，也就是均輪的圓心並不是地球，而是偏離地球一段距離，這樣行星離地球比較遠時，速度看起來就會比較慢；離地球近時看起來就比較快。
安提基瑟拉儀的齒輪組就有周轉圓和偏心圓的設計，因此不會早於希帕庫斯的年代。希帕庫斯出生於西元前190年，是在阿基米德死後，安提基瑟拉儀也就不可能出自阿基米德的設計。
當然，也有可能安提基瑟拉儀是改良自阿基米德的天球儀，畢竟它如此精巧複雜，背後除了要有齒輪運作的知識，也需要純熟的製造工藝配合才能完成，知識與技術都需要時間的積累才會成熟，絕不可能當下憑空出現。因此，安提基瑟拉儀若是史上第一台計算機，那麼要探討計算機的起源，我們勢必得將目光投往阿基米德那個時期的古希臘。
參考資料：
1. 《齒輪間的宇宙》，五南出版社
2. https://www.newyorker.com/magazine/2007/05/14/fragmentary-knowledge
3. http://hist.science.online.fr/antikythera/DOCS/FLORENCE2009/byzantine-sundial.htm
5. https://www.bl.uk/greek-manuscripts/articles/greek-mechanical-texts
