Een antieke computer
De computer van Antikythera
Natuurlijk moet je niet denken dat elke Griek of Romein met een laptop naar zijn werk ging, maar de principes van informatieverwerking en programmeren waren bekend. Er was geen klassieke versie van Microsoft of Apple. De technologie werd niet gecommercialiseerd of in massaproductie genomen. Nu is dit uiteraard anders. Toch zou in het hellenistische Alexandrië van de 3e eeuw v.C. een massa uitvindingen het licht zien die nog steeds de basis vormen van de westerse technologie: tandwielen, schroeven, het differentieel, pneumatica, hydraulica, waterpompen, de stoommachine, automaten, klokken, programmeerbare machines...
Via de Arabieren, middeleeuwse kopiisten en een hernieuwde interesse voor de klassieke ingenieurskunde tijdens de renaissance zou die technologie voortleven in Oost en West en zelfs mee aan de basis staan van de industriële revolutie.
De Griek Elias Stadiatos voorzag in zijn levensonderhoud als sponsduiker. Vlak voor Pasen 1900 dook hij in de buurt van het kleine eiland Antikythera tot op een diepte van 42 meter. Daar stuitte hij op de resten van een vrachtschip uit de klassieke oudheid (vermoedelijk de 1e eeuw v.C.). Hij meende in de beelden die tussen het wrakhout lagen lijken te zien. Helemaal over zijn toeren zwom hij naar het oppervlak. Hij wierp zijn helm af en schreeuwde dat hij naakte vrouwenlijken had gezien.
Al snel had men door dat het om een archeologische vondst ging. Sponsduikers doken meerdere beelden, juwelen, bronzen voorwerpen en andere artefacten op van de vindplaats. Twee jaar later, op 17 mei 1902, stelde de archeoloog Valerios Stais vast dat in een stuk opgedoken ‘steen’ een tandwiel vastzat. Verder onderzoek wees uit dat het in werkelijkheid ging om een zwaar verroest stuk metaal dat de schipbreuk had overleefd. Men vond niet minder dan drie grote onderdelen terug en een dozijn kleinere fragmenten. Het apparaat bestond uit bronzen tandwielen. De afmetingen waren verbazingwekkend: 33 centimeter hoog, 17 centimeter breed en 9 centimeter dik. Oorspronkelijk zat het toestel in een houten frame of doos ter grootte van een schoendoos, een fantastisch staaltje van miniaturisatie.
Analoge mechanische computer
Lange tijd bleef het apparaat wetenschappers intrigeren. Veel onderzoekers meenden dat het een astronomische functie had, maar niemand kende de precieze werking. Na tientallen jaren puzzelwerk en reiniging startte de Britse historicus Derek J. de Solla Price in 1951 met een systematisch onderzoek van het mechanisme. In 1959 publiceerde hij zijn bevindingen in het populair-wetenschappelijke tijdschrift Scientific American met de baanbrekende titel An Ancient Greek Computer . Volgens de vaststellingen van de Solla Price diende het toestel om de bewegingen van sterren en planeten te berekenen en te voorspellen.
Een computer? Inderdaad. Het woord computer is afgeleid van to compute(= berekenen) en dat is nu net precies wat zo'n toestel doet: het berekenen van een uitvoer op basis van invoer. Computers voorspellen met andere woorden uitvoer. De computer van Antikythera is geen digitale elektronische computer, maar een analoge mechanische computer.
De ‘computer’ van Antikythera bestaat uit verschillende lagen gegraveerde platen en tandwielen. Het doel van het instrument was informatie te geven over de stand van de zon, de maan en de vijf toen bekende planeten. Een maanwijzer toonde de maanfasen, een andere wijzer leverde gegevens over de opkomst en de ondergang van de voornaamste heldere sterren. Omdat het toestel de invoer van de gebruiker mechanisch kon verwerken en het eindresultaat simultaan kon weergeven, spreken we terecht van een analoge computer.
In 1971 deed de Solla Price, ondertussen Avalon Professor of the History of Science aan de universiteit van Yale, een beroep op Charalampos Karakalos, hoogleraar nucleaire fysica aan het Griekse instituut voor wetenschappelijk onderzoek. Met een gamma- en X-straalanalyse probeerden ze de volledige interne werking van het mechanisme te achterhalen. Volgens Price bevat het Antikytheramechanisme een differentieel, dat volgens de meeste historici pas in de 16e eeuw werd uitgevonden en een es- sentieel onderdeel werd van onder andere de auto. M.T. Wright wees er terecht op dat het niet gaat om een differentieel, maar om een planeetwielmechanisme, een speciale vorm van het ‘eenvoudigere’ differentieel. Dankzij een planeetwielstelsel kan men in kleine toestellen tandwielmechanismen inbouwen voor grote wijzigingen in snelheid. De aandrijfas en de aangedreven assen liggen bij een planeetwielmechanisme op één lijn. Een gelijksoortig tandwielmechanisme vind je ook terug in een elektrische handboormachine. De meer dan dertig tandwielen in het apparaat hebben tanden van gelijkvormige driehoeken, die met een ongeziene precisie zijn gemaakt. Een dergelijke miniaturisatie en complexiteit zullen we pas opnieuw zien opduiken in 18e-eeuwse klokken.
Programmeerbaar
De gebruiker kan een datum uit verleden of toekomst ingeven via een thans verdwenen zwengel of draaiknop, waarna het mechanisme de positie van zon, maan en de toen bekende planeten kon berekenen. Maar niet alleen astronomische berekeningen zoals de bewegingen van de hemellichamen waren mogelijk, het mechanisme kon ook zonsverduisteringen voorspellen en een kalender bijhouden voor culturele evenementen, zoals de (klassieke) Olympische en Korinthische Spelen.
Op basis van het onderzoek van Price zijn diverse reconstructies gebouwd, bijvoorbeeld door John Gleave. De Australische computerwetenschapper Allan George Bromley van de universiteit van Sidney maakte in samen- werking met de klokkenmaker Frank Percival en Michael Wright preciezere X-straalafbeeldingen.
Michael Wright (Curator of Mechanical Engineering in het Science Museum en nu het Imperial College in London) maakte gebruik van tomografie bij het bouwen van een reconstructie. Hij wijst op de mogelijkheid dat de Antikythera-computer een volledig uitgerust planetarium zou kunnen zijn geweest.
Het onderzoek naar het Antikythera-mechanisme is nog niet afgesloten. In het Antikythera Mechanism Research Project bundelen verschillende partijen hun krachten: de Cardiff University, Kapodistrian University en de nationale universiteit van Athene, de Aristotle University van Thessaloniki, het Nationaal Archeologisch Museum van Athene, X-Tek Systems UK (3D surface imaging) en Hewlett-Packard USA (microfocus tomografie). Hun onderzoek heeft al heel wat vruchten afgeworpen: het aantal teruggevonden fragmenten is al opgelopen tot 70. Zij ontcijferden meer dan 95% van de 2000 karakters en konden daarmee aantonen dat het wel degelijk om een astronomische computer gaat. CT-scans van X-Tek in 2006 hebben uitgewezen dat het toestel nog veel complexer en ‘slimmer’ was dan Price had gedacht.
Meer dan 2000 jaar oud
Het apparaat is volgens het recentste onderzoek gebouwd tussen 150 en 100 v.C, een stuk ouder dan wat tot nog toe werd vermoed. Over de oorsprong doen meerdere hypothesen de ronde. Twee vragen zijn hierbij cruciaal: wie heeft het toestel gebouwd en waarom bevond het zich aan boord van een vrachtschip? Volgens Price was het gebouwd op Rhodos, in die tijd het centrum van astronomie, mechanica en automaten. De Romeinse schrijver Cicero (1e eeuw v.C) spreekt over een instrument van zijn leraar Posidonius (Rhodos, ca. 135–51 v.C.) dat de beweging van zon, maan en vijf planeten kon weergeven. Misschien was het schip op weg naar Rome met een hoop ‘schatten’ aan boord die moesten dienen bij een triomfantelijke parade voor Julius Caesar?
Anderen wijzen in de richting van de beroemde Archimedes, omdat hij aan de basis staat van de ingewikkelde geometrie die nodig is voor het ontwerp van de computer. Bovendien doet het verhaal de ronde dat de Romeinse generaal Marcus Marcellus na het beleg van Syracuse, waarbij Archimedes omkwam, een planetarium naar Rome liet overbrengen.
Een derde hypothese stelt dat het gebouwd werd in Korinthe of een van hun kolonies, zoals Taurominion of Syracuse op Sicilië (de thuisbasis van Archimedes), omdat er Korinthische maandnamen op de platen voorkomen. Weer anderen herkennen er de astronomische kennis van Hipparchus (ca. 190–120 v.C.) in.
Pin-en-slotmechanisme
Het opmerkelijkste onderdeel is ongetwijfeld het zogenaamde ‘pin-and- slot’-mechanisme, dat moeilijk in woorden te vatten is en werd aangewend om de ongelijke beweging van de maan op te nemen. Op één tandwiel staat een pin die past in een langgerekte sleuf van een ander bovenliggend tandwiel. Wanneer dat tandwiel draait, schuift de pin voor- of achteruit in de sleuf, waardoor het bovenste tandwiel nu eens vooruit en dan weer achteruit beweegt. Het is enigszins vergelijkbaar met het Scotch Yoke-mechanisme, waarbij een lineaire beweging kan worden omgezet in een roterende of omgekeerd.