机械制造如何开启了西方文明?

在许多文学作品中,都有阐述古代机器的概念,及其与魔法、艺术、文学的联系。自动机械不仅是古老的科技奇迹,我们也能从中发现宗教信仰和社会演变的痕迹。

一、不要低估古人的机械


“automata”(自动机械)一词,来源于古希腊语“αὐτόματα”,含义为——按照自己意愿运动的装置。

准确地说,自动机械本身不具备智慧,它只能在设计者提供的框架下运行。只不过其脱离人力的工作状态,看起来仿佛拥有智能。

实际上,古希腊的科学和艺术,无不体现着人们对宇宙、自然和人生的思考。

古希腊科学界领军人物希洛(Heron),曾制造过这样一件自动乐器:

机械制造如何开启了西方文明?

希洛会唱歌的自动乐器 Heron's Sequential Automaton of Singing Birds.

起风时,圆盘上的金属小鸟嘤嘤歌唱。只需将金属老鹰的头扭向小鸟,乐器便停止了工作。仿佛令小鸟噤若寒蝉,害怕被老鹰捕食。

当然,光靠美感与想象力是无法驱动机械的。在风力的推动下,风扇叶片旋转,带动着连杆为鼓风机提供动力。鼓风机向笛子输送气流,乐器便开始了演奏。而装置开关卡笋所连接的,正是金属老鹰的头。

希洛的发明不单是最古老的自动乐器,也是人类利用风能的首创。

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希洛的汽转球,运用了蒸汽推动原理,加热会旋转


除此之外,希洛还提出了一些不同寻常的机器概念,比如:简易自动贩卖机、水泵、用蒸汽推动的转轮……

更令人称奇的是,在古老的地中海沉船中,考古学家还发现了安提基特拉机械(Antikythera Mechanism)。此机械被证实为世界上第一台模拟计算机,用以测算天体位置、日蚀和月蚀。


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2000多年前的安提机残件,现存National Archaeological Museum, Athens


安提机由70多颗齿轮组成,精密程度可以比肩18世纪的欧洲钟表。于是人们纷纷怀疑,安提机是不是考证错了年代?如此精妙的仪器不应出现在两千多年前。毕竟,没有任何证据显示,古希腊已具备如此高超的科技水平。

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安提机复原模型

不过反过来想,安提机极可能只是冰山一角,2000多年前古人的科技水平,或许远远被低估了。

二、超自然神力?

自西罗马帝国覆灭以来,基督教垄断了西方人所有的文化生活。人们日常讨论的话题,不是恶魔的存在,就是耶稣何时回归。

面对神奇事物时,他们不再选择理性分析,反而更倾向于相信那是魔法。正是因此,中世纪缺乏严肃的科技从业者,拉丁语资料库中在这一时期,充满了对机械令人费解的迷信解释。

盛极一时的机械知识,淡出了人们的视线,理性的声音逐渐被埋没。相反,伊斯兰世界的科技水平却异军突起了。

公元 807 年,阿巴斯王朝的哈里发(伊斯兰领袖)——哈伦·拉希德,赠予查理曼大帝一件西欧从未出现过的礼物:黄铜水钟。

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哈伦·拉希德黄铜钟 Harun al-Rashid’s clock as depicted by Claudius Saunier 1903


水钟通过金属小球落入碗中,发出“叮叮”的响声来报时。该水钟不用数字盘来表示时间,而用 12 个机械骑士,每个骑士对应着不同的时刻。准点时,一座骑士会从小巧的窗口中弹出来,效果就像降临历一样。(所谓降临历,是一种与宗教相关的自动机械,其目的是为了庆祝耶稣降生)

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钟表细部图解


中世纪垄断平民的信仰,甚至用“神的旨意”主导了他们生活的方方面面,社会对自然科学的认知竟一年不如一年。

法兰克王国史官,尚可辨别水钟为“非凡绝伦的机械作品”。六个世纪后掌握着最高世俗权力的官员,反而误将舞台机械定义成“地狱来的超自然神力”。

1414年,阿拉贡王后加冕典礼上,众人酒足饭饱,翘首以盼饭后娱乐节目。只见一片云朵从天花板飘落下来,随后上帝的形象出现在云上。

不难想象,当时观众们的惊愕程度,不亚于法国人第一次看见电影幕布里的火车开过来,惊慌地四处躲避。

由于一切机械装置都被隐藏在了幕后,台下的观众只看见了满天乱飞的鬼神,却不知其所以然。


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不一会儿,死神腾云驾雾来到台前,甩下一根麻绳,大喊着要抓走一位名叫波拉的官员。随后,国王命人找出波拉,并将他捆绑了起来。

死神使劲一抽,波拉便凌空飞起,悬在半空中。波拉对“神迹大显”信以为真,可他哪里知道,这其实是国王精心排练的一组娱乐节目。

眼看自己就要被死神收走了,波拉竟被吓得大小便失禁,排泄物“啪啦啪啦”地砸在观众头上。

站在当代人的角度来看,这只是戏剧中司空见惯的“小场面”,顶多算作粗糙的特效。

不过反过来讲,波拉的失态也容易理解。中世纪之所以被称为“一个无知与迷信的时代”,正是因为人们习惯于用神的角度,而非人的角度来看待世界。

如同发明家查理·克拉克所描述的那样:天主教的愚民政策,使得任何先进科技都会被认作超自然神力。

舞台机械所展现出的非凡视觉效果,再现了《圣经》所构建的世界,超出了人类的生活常识。所以当世人无法用常识解释的时候,宗教的解释就显得非常具有说服力,人类的文明进程,于是就被宗教迷信所阻碍。


三、文艺复兴黑科技


作为文艺复兴的领军人物,达芬奇拥有着划时代的艺术造诣。他在机械、物理和几何学等领域的创新,也成果丰硕。

达芬奇领先世人三四百年,提出了计算器、直升机、机器人等概念或设计。

1498年,奥尔良公爵——路易十二,继任法国国王。路易十二力图成为一名好国王,他不仅减轻了人民税赋,还致力于改革司法,以求维护社会正义。

恰巧达芬奇生命的最后三年,是在法国卢瓦尔河畔度过的,他对路易十二的崇拜溢于言表。

为了纪念“人民的好国王”,达芬奇特意制作了一只身长2米、高约1.3米,且能够不借助外力自动行走的机械雄狮。

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达芬奇狮子 复原模型


更为奇妙的是,机械狮还可以做出各种栩栩如生的微表情,例如扭动头颅、转动眼睛、张合嘴巴以及摇尾巴。

据说,当机械狮走到路易十二面前时,它胸前的暗室自动弹开了,舱内瓦卢瓦王朝徽章展露了出来。

不难想象,机械狮的出现,让法国宫廷炸开了锅。没人知道,究竟是什么驱动着重达60公斤的木头狮子。

虽然大家挠破头皮也想不明白自动机械狮的内在逻辑,但时人已不相信黑魔法理论,更倾向于用科学的眼光来分析自动机械。

直到一个世纪后,终于有人用齿轮、传动皮条、轮子和钟摆,仿造出了机械狮。

十五世纪末,之所以成为人类社会的转折点,并非因为发现了新大陆,而是科技井喷带来了人类认知的反转。

正所谓:科学每前进一步,宗教就后退一步。

四、机械制造的桂冠——钟表

现在科技界公认,航空发动机是工业皇冠上的钻石,也是衡量一个国家工业水平的重要标准。那么在五六百年前,人们用什么来衡量一个国家的科技水平呢?

没错,是机械钟表。虽然水钟最早出现在古希腊,但其作用等同于粗糙的计时器,既难以提高精度,又无法显示具体时刻,缺乏技术含量。

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布拉格天文钟


真正意义上的机械钟表,诞生于中世纪尾期的教堂钟塔。随着齿轮传动技术的改进,钟塔制造呈星火燎原之势,烧进了14世纪所有富有的教堂和修道院。教堂配钟塔的传统,延续到了现在。

最初主流的灯塔,由34到36颗齿轮组成,提供动力的那一颗齿轮连接着绞盘,绞盘下挂着一包沙袋。沙袋下落损失的重力势能,拉动绞盘转动,为整个系统提供动力。

五、为什么只修建钟塔?

一方面,受限于当时的工艺水平,时钟内部精细机械结构无法缩小化;另一方面,钟塔表盘巨大,不仅能够提醒教徒们祷告时间,市镇上的居民还能准确读取时间,方便他们的日常生活和商业交易。

每次新推出的钟表,都代表着欧洲最高科技水平。其中一种名为“天文钟”的巨型钟表,能够准确显示日月的盈亏和星座位置,成为了划时代杰作。

斯特拉斯堡圣母院为了纪念耶稣受难而建造的天文钟,为第一座完全用机械计算日历的时钟。

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斯特拉斯堡天文钟 Strasbourg astronomical clock


建造者——瑞内·德斯卡特声称:生物的内在恰巧犹如钟表,器官就如同一颗颗齿轮,它们之间有着耦合的关联,神经系统便是如此。

爱尔兰自然哲学家波义耳(理想气体、等温变化的预言者),曾把世界比作此钟。他预言道:虽然天文钟是一件独立的物品,但其显示出来的时间和天文数据,却是背后无数颗齿轮连杆共同工作的结果。世界上所有现象都非偶然,背后总存在着某种物理逻辑。

一座天文钟,把宏观宇宙、微观人类社会和人体构造彻底联系在一起。方法论的更迭,使人类在探索自然科学的路上,又进了一大步。

六、航海时代的利器

在过去两百年的时间里,人们尝试过使用各种方法按比例缩小机械钟表,并取得了卓越的成效。不过制表业的飞速发展,钟表真正派上大用场,还得感谢大航海时代的兴起。

众所周知,跨洋航行最重要的就是精确导航。无法知晓船只所处经纬度,罗盘也就失去了意义。

在从欧洲出发向北美弗吉尼亚的航程中,倘若船只一味朝着大洋西边闷头猛进,很容易最后误入哈德逊湾。毕竟这样的大乌龙事件,时有发生。

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对于海员们而言,机械钟成了他们唯一的依靠。

例如,一艘船从英国出发,船员们会带上一只记录着伦敦时间的钟。

船航行到大洋中央,每天旗杆影子最短的时间,便是当地正午十二点。

假如,此时钟上显示的伦敦时间为下午两点,也就意味着此地经度为西经30度(伦敦经度接近于0度,每相差一小时,经度相隔15度)。

相应的,只要能测准日照时长,就可以知道维度。夏季日照时间越长,意味着维度越高,反之亦然。

测定方法有了,摆在面前的问题只剩下一个,那便是时钟的精确度。这一难题,也成了日后困扰欧洲百年之久的大难题。

美国总统富兰克林,曾记录过自己八次跨越大西洋的日期,最长时间为80天,最短也需要49天,平均时长为60天。

由此可见,跨洲航线开发两个世纪后,航速仍然只维持在了相当低的水平。一旦每天误差超过2分钟,钟表就失去了定义经纬度的作用。

英国皇家曾开出2万英镑的高额奖金(约合当今数千万人民币),悬赏能够制造精确时钟的工匠。结果可想而知,大量科技届领军人物蜂拥而至。

有意思的是,有人想出了一个古怪的点子:把“心灵感应粉”涂抹在刀上,戳伤一条狗。船员们带着狗上船,刀留在伦敦。

只要每天伦敦正午时,拿刀对着空气虚戳一下,千里之外船上的狗便会哀嚎不止。

当然,这种浪漫主义的做法只能当做茶余饭后的笑谈,否则“量子纠缠”就能提早发现三百多年了。

但是在高额奖金和需求的强烈刺激下,一百多年里,全欧洲最聪明的大脑,都在研究如何让时钟走得更精确。

最终,哈里森制造的“大怀表”,达到了皇室所要求的精度,最终捧得2万英镑的巨额奖金。

领先的机械钟表技术,象征着英国后来者居上,为其海上霸权打下基础。海上贸易积累的财富,也铺平了王权向民权过渡的道路。而后诞生的海洋文明,更是创造出了“非集权,非垄断,个人自由度大”的西方普世价值。

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宾夕法尼亚之父——威廉·佩恩曾说过:政府如同钟表,因人们施以动能,才能滴答前进。人们可以令政府运转,同样也可以将其摧毁。因此,与其说人民仰仗政府,不如说政府权力来源于人民。

可见哈里森大怀表的外壳下,流淌着西方人几个世纪来,赖以维系的生活方式。

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哈里森制造的第一个航海钟


另一方面,研制钟表所积累下的力学和机械知识,间接催生了第一次工业革命,带领人类走入工业文明时代。

最终,钟表的研究,帮助欧洲打开了通往世界的大门。小小的钟表,不仅开创了大航海时代,也为西方文明的崛起,铺平道路。从这个方面看,中国在近现代的发展,真是输在了一块儿小小的怀表上。

总结

人们对自动机械的态度,从茫然到恐惧,再到理解应用。认知改变的背后,是人类探寻自然方法论的更迭、权力的转变以及意识形态的演进。

过去的半个世纪里,人类生活方式的改变,远超过去两千年的总和,科技正经历着剧变。

据测算,到了2045年,人工智能就能全面超越人类智慧。人工智能与自动机械不同,其本身具有自我意识,兴许还能演化出高级情感。

AI巨浪来袭,我们该以什么样的姿态去迎接?或许已经成了一个哲学问题。


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