阿基米德的镜子

方舟子

公元前213年春天一个阳光灿烂的日子，罗马执政官马塞卢斯率领一支60艘战船的舰队，攻向西西里岛上的希腊城邦叙拉古。

此时，迦太基统帅汉尼拔正带着大军在罗马大地上游荡。罗马军团不敢与之正面交锋，试图切断汉尼拔大军的补给线。叙拉古正是从汉尼拔的北非老家到意大利这条补给线上的关键港口。叙拉古原来一直与罗马结盟，在3年前汉尼拔大败罗马军团后，就倒向了迦太基。

罗马拥有当时最强大的海军，每艘战舰有三层甲板，由150名桨手行驶，载着75名士兵，25名军官和水手。其中有8艘战船经过改造，每两艘连在一起，载着一架威力巨大的攻城机。罗马军队用它来攻城，几乎攻无不克。但是马塞卢斯知道这一次非同寻常，因为叙拉古城里住着古代世界最伟大的数学家和工程师阿基米德。阿基米德靠给政府设计武器获得报酬，因此得以衣食无忧地研究纯学术问题。

当罗马战船驶近城墙时，它们遇到了阿基米德的第一种武器——巨大的投石机抛出大石头，向甲板、桅杆和水兵砸去。有的战船躲过了被砸沉的命运，驶得更近了，这时阿基米德的第二种武器派上了用场，小型的投石机从墙洞射出石头，虽然石头较小，但是速度更快，更密集，罗马水兵纷纷被击落水。有一些战船还是驶到了墙底下，开始攻城了。这时从墙头伸出一根根又长又粗的木梁，扔下沉重的铅块，把战船和攻城机砸烂。然后，罗马水兵见到了他们从未见过的奇怪武器：一架架起重机从墙后伸出来，晃动铁爪，钩住了船头，把战船垂直地吊起来，一松开铁爪，战船就被翻了个底朝天。马塞卢斯见了此情此景，感叹道：阿基米德在用我们的船从海里舀水。

最后，神奇的一幕出现了。一群叙拉古士兵出现在墙头，一致地晃动手臂，一道白光射向一艘还在一箭之遥的战船，这艘船就被点燃了。然后又射向第二艘、第三艘……罗马战船一艘艘地烧了起来，马塞卢斯赶快下令撤退。在这场被马塞卢斯称为罗马舰队与阿基米德一个人的战争中，阿基米德取得了胜利。马塞卢斯必须另找攻占叙拉古的办法。

这一切真的发生过吗？

我们可以确定发生过这场战斗，而且罗马舰队被击退了。同样可以肯定的是阿基米德设计的武器在击退罗马人的战斗中发挥了关键作用。可靠的记载表明罗马舰队饱受石头、铅块的狂轰乱砸，也遭遇铁爪起重机的重创。但是早期的记载都没有提到阿基米德还用了能点燃战船的秘密武器，甚至根本就没有提到罗马战船起火了。

到了公元2世纪后期，罗马诗人卢坎才首次说到阿基米德用科学办法把敌人的船只点燃。此时距离这次战斗已过了400年，而且卢坎也没有具体地说阿基米德用的什么办法，可能只是用了更普通一些的点火办法，例如向甲板抛掷装了硫磺、油脂、沥青的火罐。还要再过300年，才有一名希腊数学家首次记载，根据传统说法，阿基米德用镜子点燃了一箭之遥的敌人舰队。

可见这个传统说法缺乏可靠的史料，很可能只是一个传说。这个传说有没有可能是真的呢？有一点是可以肯定的，阿基米德研究过光学，显然知道用凹面镜能够聚焦阳光。但是当时的技术是制造不出一面足够大的凹面镜的。替代办法是用很多面平面镜排列成一个抛物面，同样能够聚焦阳光。传说阿基米德就是这么设计的，让许多士兵人手一面镜子，排成了一个镜子阵。

阿基米德掌握了足够的光学知识能设计出这种光学武器。但是这样的武器真的能派上用场吗？轻信的古人从不怀疑，文艺复兴之后就不同了。笛卡儿认为那是虚构的故事，而布封却在1747年用实验证明阿基米德能够办到。布封用168面20x15厘米的镜子聚焦阳光，点燃了大约50米外的木头。1973年，希腊科学家试图重现当时的情景。阿基米德时代古希腊人还不会生产玻璃镜子，只能用的是铜镜或磨光的盾牌。在雅典的一个海军基地，士兵们举起了70面1.5x1米的铜镜，瞄准了50米外的一艘小木船。起初，许多人没法聚焦，经过反复练习后，终于对准了，几秒钟后木船开始冒烟，很快就烧了起来。

2005年10月，麻省理工学院的学生在校园里做了演示，把127面30x30厘米的镜子对准30米处的木船模型。对准大约10分钟，木头烧了起来，他们让它烧了一分钟再扑灭，在木板上烧出了一个洞。随后他们到旧金山，对停泊在海上的真木船做实验。这回用了300面镜子，让船舷冒烟、烤焦，有一个地方出现小火，持续燃烧了2个小时后只烧出了一个小洞。但是并没能点燃木船。

这些实验结果不足以令人信服，用到实战上就更成问题了：叙拉古士兵如何知道要准确地把光线对准哪一点？即使目标被一致对准了，罗马战船怎么会保持静止一段时间让他们聚焦？浸泡在海水里的战船是否能像干木头那样被点燃？如果点燃了，火势很小，会不会很快就被船上的士兵扑灭？

即使这一光学武器在理论上可行，在实战中也不实用，还不如发射火箭或用抛石机发射火团更好用。但是它听上去比火箭、抛石机神奇多了，更适合用来讲故事，传说于是出现。就算明知它不可信，人们还是会津津乐道，让它一直流传下去。

2009.7.27.

（《中国青年报》2009.7.29）

(XYS20090729)