阿基米德的鏡子

方舟子

公元前213年春天一個(gè)陽光和煦的日子,羅馬執(zhí)政官馬塞盧斯率領(lǐng)一支60艘戰(zhàn)船的艦隊(duì),攻向西西里島上的希臘城邦敘拉古。

此時(shí),迦太基統(tǒng)帥漢尼拔正帶著大軍在羅馬大地上游蕩,羅馬軍團(tuán)不敢與之正面交鋒,試圖切斷漢尼拔大軍的補(bǔ)給線。敘拉古正是從漢尼拔的北非老家到意大利這條補(bǔ)給線上的關(guān)鍵港口。敘拉古原來一直與羅馬結(jié)盟,在3年前漢尼拔大敗羅馬軍團(tuán)后,就倒向了迦太基。

羅馬擁有當(dāng)時(shí)最強(qiáng)大的海軍,每艘戰(zhàn)艦有三層甲板,由150名槳手行駛,載著75名士兵,25名軍官和水手。其中有8艘戰(zhàn)船經(jīng)過改造,每?jī)伤疫B在一起,載著一架威力巨大的攻城機(jī)。羅馬軍隊(duì)用它來攻城,幾乎攻無不克。但是馬塞盧斯知道這一次非同尋常,因?yàn)閿⒗懦抢镒≈糯澜缱顐ゴ蟮臄?shù)學(xué)家和工程師阿基米德。阿基米德靠給政府設(shè)計(jì)武器獲得報(bào)酬,因此得以衣食無憂地研究純學(xué)術(shù)問題。

當(dāng)羅馬戰(zhàn)船駛近城墻時(shí),它們遇到了阿基米德的第一種武器——巨大的投石機(jī)拋出大石頭,向甲板、桅桿和水兵砸去。有的戰(zhàn)船躲過了被砸沉的命運(yùn),駛得更近了,這時(shí)阿基米德的第二種武器派上了用場(chǎng),小型的投石機(jī)從墻洞射出石頭,雖然石頭較小,但是速度更快、更密集,羅馬水兵紛紛被擊落水。有一些戰(zhàn)船還是駛到了墻底下,開始攻城了。這時(shí)從墻頭伸出一根根又長(zhǎng)又粗的木梁,扔下沉重的鉛塊,把戰(zhàn)船和攻城機(jī)砸爛。然后,羅馬水兵見到了他們從未見過的奇怪武器:一架架起重機(jī)從墻后伸出來,晃動(dòng)鐵爪,鉤住了船頭,把戰(zhàn)船垂直地吊起來,一松開鐵爪,戰(zhàn)船就被翻了個(gè)底朝天。馬塞盧斯見此情景,不禁悲嘆道:阿基米德在用我們的船從海里舀水。

最后,神奇的一幕出現(xiàn)了。一群敘拉古士兵出現(xiàn)在墻頭,一致地晃動(dòng)手臂,一道白光射向一艘還在一箭之遙的戰(zhàn)船,這艘船就被點(diǎn)燃了。然后又射向第二艘、第三艘……羅馬戰(zhàn)船一艘艘地?zé)似饋?馬塞盧斯趕快下令撤退。在這場(chǎng)被馬塞盧斯稱為羅馬艦隊(duì)與阿基米德一個(gè)人的戰(zhàn)爭(zhēng)中,阿基米德取得了勝利。馬塞盧斯必須另找攻占敘拉古的辦法。

這一切真的發(fā)生過嗎?

我們可以確定發(fā)生過這場(chǎng)戰(zhàn)斗,而且羅馬艦隊(duì)被擊退了。同樣可以肯定的是阿基米德設(shè)計(jì)的武器在擊退羅馬人的戰(zhàn)斗中發(fā)揮了關(guān)鍵作用?？煽康挠涊d表明羅馬艦隊(duì)飽受石頭、鉛塊的狂轟亂砸,也遭遇鐵爪起重機(jī)的重創(chuàng)。但是早期的記載都沒有提到阿基米德還用了能點(diǎn)燃戰(zhàn)船的秘密武器,甚至根本就沒有提到羅馬戰(zhàn)船起火的事。

到了公元2世紀(jì)后期,羅馬詩人盧坎才首次說到阿基米德用科學(xué)辦法把敵人的船只點(diǎn)燃。此時(shí)距離這次戰(zhàn)斗已過去了400年,而且盧坎也沒有具體說明阿基米德用的什么辦法,可能只是用了更普通一些的點(diǎn)火辦法,例如向甲板拋擲裝了硫磺、油脂、瀝青的火罐。還要再過300年,才有一名希臘數(shù)學(xué)家首次記載,根據(jù)傳統(tǒng)說法,阿基米德用鏡子點(diǎn)燃了一箭之遙的敵人艦隊(duì)。

可見這個(gè)傳統(tǒng)說法缺乏可靠的史料,很可能只是一個(gè)傳說。這個(gè)傳說有沒有可能是真的呢?有一點(diǎn)是可以肯定的,阿基米德研究過光學(xué),顯然知道用凹面鏡能夠聚集陽光。但是當(dāng)時(shí)的技術(shù)是制造不出一面足夠大的凹面鏡的。替代辦法是用很多面平面鏡排列成一個(gè)拋物面,同樣能夠聚焦陽光。傳說阿基米德就是這么設(shè)計(jì)的,讓許多士兵人手一面鏡子,排成一個(gè)鏡子陣。

阿基米德掌握了足夠的光學(xué)知識(shí)能設(shè)計(jì)出這種光學(xué)武器。但是這樣的武器真的能派上用場(chǎng)嗎?輕信的古人從不懷疑,文藝復(fù)興之后就不同了。笛卡兒認(rèn)為那是虛構(gòu)的故事,而布封卻在1747年用實(shí)驗(yàn)證明阿基米德能夠辦到。布封用168面20×15厘米的鏡子聚焦陽光,點(diǎn)燃了大約50米外的木頭。1973年,希臘科學(xué)家試圖重現(xiàn)當(dāng)時(shí)的情景。阿基米德時(shí)代古希臘人還不會(huì)生產(chǎn)玻璃鏡子,用的只能是銅鏡或磨光的盾牌。在雅典的一個(gè)海軍基地,士兵們舉起了70面1.5×1米的銅鏡,瞄準(zhǔn)了50米外的一艘小木船。起初,許多人沒法聚焦,經(jīng)過反復(fù)練習(xí)后,終于對(duì)準(zhǔn)了,幾秒鐘后木船開始冒煙,很快就燒了起來。

2005年10月,麻省理工學(xué)院的學(xué)生在校園里做了演示,把127面30×30厘米的鏡子對(duì)準(zhǔn)30米處的木船模型,對(duì)準(zhǔn)大約10分鐘,木頭燒了起來,他們讓它燒了一分鐘再撲滅,在木板上燒出了一個(gè)洞。隨后他們到舊金山,對(duì)停泊在海上的真木船做實(shí)驗(yàn)。這回用了300面鏡子,讓船舷冒煙、烤焦,有一個(gè)地方出現(xiàn)小火,持續(xù)燃燒了兩個(gè)小時(shí)后只燒出了一個(gè)小洞。但是并沒能點(diǎn)燃木船。

這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果不足以令人信服,用到實(shí)戰(zhàn)上就更成問題了:敘拉古士兵如何知道要準(zhǔn)確地把光線對(duì)準(zhǔn)哪一點(diǎn)?即使目標(biāo)被一致對(duì)準(zhǔn)了,羅馬戰(zhàn)船怎么會(huì)保持靜止一段時(shí)間讓他們聚焦?浸泡在海水里的戰(zhàn)船是否能像干木頭那樣被點(diǎn)燃?如果點(diǎn)燃了,火勢(shì)很小,會(huì)不會(huì)很快就被船上的士兵撲滅?

即使這一光學(xué)武器在理論上可行,在實(shí)戰(zhàn)中也不實(shí)用,還不如發(fā)射火箭或用拋石機(jī)發(fā)射火團(tuán)更好用。但是它聽上去比火箭、拋石機(jī)神奇多了,更適合用來講故事,傳說于是出現(xiàn)。就算明知它不可信,人們還是會(huì)津津樂道,讓它一直流傳下去?！?/p>

飄飄摘自《中國(guó)青年報(bào)》