本帖最后由 srt123 于 2015-3-28 00:11 编辑
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8 f8 x/ P0 B2 E7 @! X- } 300年前,也就是1707年10月,英国海军上将克劳迪斯里•肖维尔爵士(Sir Clowdisley Shovell)率领一支英国舰队在地中海打败了法国。可是,在返航途中,船队遇到了大雾,有12天见不到太阳。船员们只能通过对航速的估算,判断自己的位置。
6 g/ v& V( z g+ A9 h 10月22日晚,肖维尔爵士惊恐地发现,船队驶进了锡利群岛中间,触礁在所难免。肖维尔肯定后悔极了,就在那天白天,他刚刚下令处死了一名水手,此人竟然向他报告说,领航员测出的经度是错的,舰队正在驶向死亡。英国海军严禁下属越级报告船只位置,这位水手冒着掉脑袋的危险说出了自己的担心。为了严肃军纪,肖维尔爵士以“叛乱罪”把此人绞死在甲板上。 t# X2 _0 {1 }% H# n, K
可是,当天晚上大雾迷漫,肖维尔爵士后悔都来不及了。旗舰“联合”号首先撞上暗礁,并迅速沉没。另外3艘军舰也先后步其后尘。就这样,在短短的几分钟内,整个舰队的5艘战船沉没了4艘,1600多名水手被淹死。只有两人奋力游到了岸上,其中一人就是肖维尔爵士本人。可是,就在他精疲力竭地躺在沙滩上休息时,一个贪婪的妇女发现了他。为了得到他手指上的那枚绿宝石戒指,她残忍地杀死了肖维尔爵士。30年后,这位妇女临终前向牧师坦白了自己犯下的罪恶,并拿出那枚戒指做为证据。
+ D6 V8 E8 I8 V( m! K0 @# e9 [ 其实,类似的海上悲剧早已发生过多起。17世纪末期,每年都有将近300艘商船往返于不列颠群岛和西印度群岛之间,与中北美洲进行贸易。每艘船上的货物都价值连城,因此经常受到海盗的袭击。由于测不准经度,远洋船经常在海上迷失方向,浪费很多时间。当时还不知道维生素的作用,海员们由于缺乏维生素C,很容易得坏血病。他们的血管壁非常脆弱,经常造成内出血,人浮肿得厉害,痛苦不堪。一旦脑血管破裂,就要把命搭上。/ @! \0 g' Q7 F1 a: h* i/ N
锡利群岛发生的悲剧由于距离英国本土近,死亡人数多,在英国国内引起了广泛的关注,经度问题再一次成了街头巷尾议论的话题,甚至变成了一项全民“智力测验”。不断有人提出一些匪夷所思的建议,其中最有趣的要算是“通灵药粉法”。这人听说有个法国爵士发明了一种神奇的药粉,可以帮助皮肤割伤的人尽快愈合(尽管愈合过程非常疼痛)。这种药粉具有通灵的效果,只要把它涂抹在割伤病人的那把刀上,就能够产生功效。于是,他设想,在每一艘出海的远洋船上养一条狗,事先用刀在狗身上割一个口子。然后留在伦敦的助手只要每天中午12点按时在刀口撒一点“通灵药粉”,就能让远在天边的狗感觉到疼,因而大叫起来。于是,船员就可以确切地知道伦敦当地时间了!7 `) q6 }' ]+ E* [3 M
明眼人很容易看出这个方法属于伪科学,但是当时竟然真的有人相信,可见伪科学无论何时何地都会有市场。
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还有一些人,提出了一些看似合理的建议。比如,英国有两位顶尖的数学家在一次闲谈中想出一条“妙计”,两人在《卫报》上合写了一篇文章,详细描述了这个方法:派出一支海上舰队,每隔600英里停一艘,这就相当于在海上建立了一串烽火台。然后,每艘船都在当地时间午夜零点的时候向天空中发射一枚烟花弹,往来船只只要注意聆听烟花弹发出的爆炸声就能知道自己的位置了。
6 Z, W+ N" Q1 }' k! L! o3 S/ A. t 两位数学家根本没有考虑过,供养这样一只庞大的舰队是否可行。可他俩居然还想到了海盗的问题,在建议书中写到:“如果有人胆敢破坏信号船,应被视为严重的犯罪行为。”
+ H$ ^+ y0 ^5 b: f- n2 E3 p 这个方法不能算伪科学,但是很显然,这两人都是在书斋里坐得太久了,完全不了解外面的世界到底是怎样的。类似这样的科学家直到现在还经常出现在公众的视野里,依靠一些异想天开的主意,指点江山。0 i7 J0 y! ]2 ]; H" B
这两人很执着。他们自费出版了一本小册子,并在英国发起了一项情愿活动,很多舰队队长、商船船长和商会代表在情愿书上签了字。他们向英国政府施压,要求设立一笔奖金,促进经度问题的解决。1714年,英国国会真的成立了一个“经度委员会”(Longitude Board),英国人动真格了。
& h j, M) |) G& H7 O/ Q 委员会刚成立不久,委员们就去找牛顿,请他提意见。当时牛顿已经72岁了,自知很难凭借自己的脑力解决这个问题。但是他还是认真地写了一份意见书,总结了几种可能的解决办法。他首先指出,钟表法理论上是可行的,但是由于船只的运动,以及远洋过程中湿度、温度和重力的不断变化,这样的钟表还没有造出来。他还暗示说,符合航海要求的钟表将来也不太可能被制造出来。# n5 w3 |! q, b( u+ f
他还提出了月距法,认为这种方法也是可行的,但天文学家们仍需进行大量的工作。
/ M, o8 E$ R+ u. M, _ 委员会认真考虑了牛顿的建议,决定设立经度奖金,对所有合理的方法,无论是否出自英国本土科学家之手,一律一视同仁。1714年7月8日,英国政府正式颁布了一项“经度法案”,法案规定,凡是有办法在地球赤道上将经度确定到半度范围内的人,奖励2万英镑;将经度确定到三分之二度范围内的人,奖励1.5万英镑;将经度确定到一度范围内的人,奖励1万英镑。8 Y j! H$ }* L+ F% A# m
当时地理学家已经知道,地球赤道上经度一度的距离大约是60海里,相当于108公里。这个距离对于航海来说并不是一个可以忽略不计的距离,由此可见当时人们对经度的测量是非常没有信心的。
, o3 P# k! D. Q2 G$ \2 @ 这个经度大奖如果对应于时间的话,是多少呢?已知每小时对应的经度是15度,半度经度就相当于2分钟。当时,从伦敦出发的帆船大约需要6个星期的时间才能到达加勒比海,由此可以算出,如果采用钟表法的话,这块表每天的误差不能大于3秒钟。前文已经指出,当时格林威治天文台使用的那台堪称世界最准的摆钟也只能做到每天误差不超过2秒,而那是一台钟摆长达4米的庞然大物,而且还是在陆地上工作!所以,当时没人能够想象得出如何才能造出这样一台钟表,能够抵抗远洋航行的干扰。
: x4 K4 J/ @' T" c8 c& I6 n 但是,2万英镑的诱惑实在是太大了!据估计,1714年时的2万英镑大约相当于现在的1800万美元。换算成人民币的话,这是一笔超过1亿元的巨款!6 D# R) N3 M. x B9 i0 Y, g
重赏之下必有勇夫。很快,经度委员会的门槛就被前来应征的人们挤破了。可惜的是,很多人连具体问题都没有搞清,有人拿来了永动机的设计模型,还有人拿来了测量航速的“秘密武器”。这些方法完全不靠谱,委员会的人只有苦笑。0 r8 L" w: D: a4 q
有个名叫杰瑞米·塔克(Jeremy Thacker)的人提出过一个值得一提的方法。他设计了一台小巧的摆钟,把它放进一个真空容器里,这样就避免了气压和湿度的影响。他设想这台“精密时计”(Chronometer)被放在一个常平架上,这样就杜绝了船只摇晃产生的影响。可是,这样一台钟表并不能抵抗温度的变化。要知道,摆钟的速度和钟摆长度有很大的关系,长度的微小变化就将带来巨大的差异。事实上,塔克经过试验后承认,他设计的这台“精密时计”即使在最完美的情况下,也只能做到每天误差低于6秒,远远达不到经度委员会的要求。" ~; H" L4 U: n, G
这样一个“世纪难题”,需要一个百年不遇的天才来解决。经度之战的主角马上就要出场了。
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300多年前,一个平凡的人根本不会在地球上留下多少痕迹,约翰·哈里森(John Harrison)就是这样。他于1693年3月24日出生在英国约克郡,在家里的5个孩子中排行老大。关于他的家庭,以及童年生活的细节,至今所知甚少,只知道他们一家不知何故突然搬到了林肯郡的一个名叫巴罗的小村子,附近有一条名叫亨波的小河。
. q" k6 O4 p/ A! ]& x+ o5 V2 Z) l 哈里森子承父业,跟着父亲学会了做木工。没人知道他跟谁学的小提琴,反正后来他曾经在教堂的唱诗班担任指挥,并且对音阶的基本理论发生了兴趣。同样,没人知道他从何时开始突然渴望读书,那时有关自然科学的书非常稀少,一位牧师借给他一本剑桥大学数学家桑德森教授所做的自然哲学讲座的记录,哈里森如获至宝,把整本书都抄了下来,还给这本手抄本起了个名字,叫《桑德森先生的机械学》。9 B& N; @, \. ?
成年后的哈里森对文学一直缺乏兴趣,一辈子拒绝阅读莎士比亚,却把这本《机械学》,以及牛顿的《自然哲学之数学原理》奉为珍宝。事实证明,哈里森确实缺乏文学素养,不善于用书面语言清楚地表达自己的意思。他曾经把自己和经度委员会打交道的过程写成了文字,结果第一句话就占了25页,而且几乎不带一个标点符号!
M7 J Y* _! \( }' b1 I: y+ a. F+ L 1713年,19岁的哈里森造出了一台摆钟。没人知道他为什么这么做,也没有证据证明他跟任何人学过这门手艺,因为当时巴罗村附近从没有生活过任何一位钟表匠。后人猜测他只是把一座现成的摆钟拆了开来,研究了一下内部结构,就自己仿制了一台。可是,那时的摆钟非常昂贵,很难想象哈里森是如何得到一台能让他随便拆解的摆钟的。
7 ~2 ~6 @, E1 _ 值得一提的是,英国人特别喜欢机械,历史上出过很多机械大师。世界上第一座机械钟就是由英国贝特福德郡的一个不知名的英国机械师于1283年制造出来的,在此之前人们只能用日晷、沙漏或者水漏来计时。1 `0 |1 H4 t# l& p
无论哈里森从哪里得到的灵感,他确实造出了一台摆钟。如今它被保存于伦敦同业工会会所的展览室内,凡是看到它的人都会首先发现一个令人惊讶的事实:这座摆钟几乎完全是用木头做成的。它用橡木做齿轮,黄杨木做轴,只在连接处用了少量的黄铜和铁。哈里森确实是一个好木匠,他对木头的结构很有研究,充分利用了橡木的纹理,把最坚实耐磨的部分用在了齿轮上,因此这台钟的木齿在正常情况下永远不会因磨损而脱齿。6 {# }4 ~4 |. V+ P2 m) q
哈里森在1715年和1717年又分别制造了两台一模一样的木头摆钟。他边干边钻研,搞清了所有机械钟表误差的来源。1720年,当地一位爵士出钱让哈里森帮忙在自己庄园里建造一座塔钟,他花了2年时间造了出来。现在这座塔钟仍在报时,近300年的时间里里除了一次装修外从来没有间断过。7 C$ b6 j& x- Y8 E
这座塔钟也是木制的,不用上油就能工作。哈里森选用了一种会自己渗出油脂的热带坚木做为摩擦部件,非用金属不可的地方也都选用了上等黄铜,因此这台钟完全不必担心生锈,杜绝了空气湿度对精度造成的影响。; U4 R% b4 o% y! k9 U. y ]4 |$ I
但是,这座钟真正值得称道的是哈里森做出的两大发明。第一,他设计了一种新式擒纵器(Escapement),并根据它的样子起名叫做“蚂蚱”(Grasshopper)。擒纵器是钟表的核心部件,它在钟表的动力源(比如弹簧“弦”)和计数器(比如钟摆)之间建立了联系,负责把能量传递给计数器,同时把计数器的脉动传递给钟表指针。通常,擒纵器是摩擦的主要来源,但哈里森设计了一种像蚂蚱腿似的擒纵器,几乎完全没有摩擦,这就极大地提高了钟表的精度和抵抗环境变化的能力。& b4 K& E9 G/ ^; J4 J9 z6 T/ m
第二,哈里森设计了一个“烤架”式钟摆。如前所述,钟摆的长度对摆动频率影响极大,而金属的热胀冷缩是早期钟表不准的最大的原因。哈里森通过实验知道,铜和铁有着不同的热胀冷缩比,于是他把9根长短不同的铜棍和铁棍并列在一起,组成一个像烤肉架一样的东西,两种金属不同的涨缩程度相互抵消,于是钟摆的长度就不受温度的影响了。9 M4 b) |# L" k$ s; l. z' h0 g
为了验证这座塔钟的准确度,哈里森学会了利用星星来定时。他和弟弟合作,每天在自家卧室里观察几颗恒定的星星。他们用卧室窗户的窗框和邻居家的烟囱做为准线,记录这几颗星星消失在烟囱背后的时间。因为地球自转的缘故,每颗星的消失时间都会比前一天快3分56秒。哈里森用这架“天文钟”矫正了自制的塔钟,发现这台塔钟每个月误差不超过1秒钟,其精度达到了前所未有的高度。如此高的经度完全得益于这两项新技术,哈里森单枪匹马引发了制表业的一次革命。/ R0 ~6 M& J0 K- |
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十
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没人知道哈里森是在什么时候知道经度奖金的。不过经度问题是当时欧洲家喻户晓的一个难题,哈里森没有理由不知道。但是,据他后来回忆,直到1727年时他才开始专注于这个问题,毕竟他在此之前制造的钟表都是固定在地上的。要想适应海洋,还需克服不少新的困难。6 z. m# l5 I& O
哈里森经过4年的努力,终于想出了解决船只晃动的办法。他设计了一种平衡摆,两只钟摆的两头分别用一根弹簧连接在一起。这样一来,一根钟摆受到的震动就会被另一根钟摆所抵消,无论船再怎么摇晃,都不会影响这种平衡摆的频率。) w0 x8 m# L- m9 P) i0 D9 t* E
想出了这个妙法之后,哈里森正式决定向经度难题发起挑战。他带着设计图纸,去伦敦找经度委员会。可一问才知,这个大名鼎鼎的委员会连个办公室都没有。原来,委员们受不了白痴们整天轰炸,干脆雇了一名秘书负责把关,他所做的工作就是打印一封封格式化的回信,告诉那些疯子们:你们别想了,这2万英镑不属于你们。
1 Z$ z( G( U5 j" [ q 找不到委员会,哈里森只好去找他唯一听说过的人-格林尼治天文台的新台长哈雷。哈雷待人非常热情,他耐心听了哈里森的述说,然后诚恳地告诉他:经度委员会只有三类人:天文学家、数学家和航海家,没人能看懂你的图纸。
" [! C2 W# \& W9 O( c2 C- Q) w 哈雷推荐哈里森去找乔治·格雷厄姆(George Graham)。此人比哈里森大20岁,是当时伦敦最有名的钟表匠,也是英国皇家学会(相当于中国科学院)的会员。第二天上午十点,哈里森准时敲开了格雷厄姆家的大门。一开始格雷厄姆的态度并不十分友好,可当他看了一眼图纸后,立刻意识到眼前这个从乡下来的木匠不是在开玩笑。结果,两人从上午十点一直讨论到晚上八点,格雷厄姆还请哈里森吃了顿丰盛的晚饭。临走前,格雷厄姆从自己的私人金库里拿出200英镑,把它做为无息贷款借给了哈里森。: U& p4 N$ f' } [) B! O$ d
“你不用着急还这笔钱,”格雷厄姆说,“我只想尽快地看到你用这笔钱做出一台样钟来。”" ?; d8 \: o, t+ q( h
这位乔治·格雷厄姆被后人誉为“正直的乔治”,是有道理的。8 y7 g0 Z! O7 M1 J$ r
哈里森拿到这笔巨款后,立刻回家和弟弟一起开始了艰苦的工作。5年之后,也就是1735年,第一台样钟做出来了。这台被称为H1的航海钟重达42公斤,被装在一个长宽高均为1.3米左右的铜壳内。兄弟俩用家里的壁炉检验了它抵抗高温的能力,又把它放进一艘小船,在村子旁边的亨波河上检验了它对付摇晃的水准。满意了之后,两人把它抬到了伦敦,去找格雷厄姆。格雷厄姆立即找了5位皇家学会的会员前来参观,其中自然包括哈雷。5人检查了H1的机械结构,一致叫好,并联名给经度委员会写了一封热情洋溢的推荐信。9 M. }9 D1 X3 q9 E& \5 S; v
有了专家的推荐,经度委员会出钱让哈里森带着H1出海检验。首次远航的目的地选择了葡萄牙的里斯本,1736年,英国海军大臣亲自写了一封介绍信,把哈里森送上了“百夫长”号军舰。船长普罗克特安排H1“住”进了自己的休息室,还用铁钩把H1吊在房顶上,尽量减少震动。哈里森就没这么好运气了,这是他第一次出海,晕得上吐下泻。所幸去时遇到顺风,一个星期后就到达了里斯本。可船一靠岸,好心的普罗克特船长就猝死了,没有来得及在航海日志上留下关于H1的任何记录。
0 M9 C6 M8 s7 Z 回程的时候,“百夫长”号遇到了风暴天气,在海上飘了一个多月才返回英国。就在船快要靠岸的时候,新船长认为对面是达特茅斯附近的斯塔特,而哈里森根据H1给出的经度数据,认为这是彭赞斯半岛上的利泽德。
6 f- `' N" C& h6 y4 M, N 最后证明H1是对的,两地相差100公里。在暗礁密布的英国海滩,这100公里的差别足以造成一次海难。: v) b- [$ A4 N# K# d f
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十一- L6 ]9 T* S5 W1 X L0 S3 l
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1737年6月30日,经度委员会的8名常委聚在一起开会,听取哈里森的报告。8人中除了哈雷以外,还有2名来自海军的高官,3名皇家科学院的教授,以及2名政界人士。说来奇怪,这是经度委员会成立23年以来第一次召开全体会议,因为他们根本没有必要这么做,一个秘书就足以打发在此之前的所有应征者们。也许有人会批评他们这样做有些傲慢,但是当你整天面对的都是一些“经度疯子”时,谁也没这个耐心。而哈里森所受的待遇正好说明,专家们绝不都是一些狂妄自大的人。
6 G1 u. S0 u, C. B) F! b+ o( p; U 出乎委员们的意料,哈里森并没有急于申请进行一次驶往加勒比海的试验(因为这是获得经度奖金所必须的),而是逐条指出了H1的不足之处。按理说,H1的经度足以保证哈里森获得二等奖,但哈里森是个完美主义者,他通过这次里斯本试验,发现了几个设计上的小错误。他知道自己有能力改正这些错误,造出一台“完美”的时间机器。为此,他向经度委员会申请,先不做加勒比海试验,而是预支一笔经费,让他再制造一台新的航海钟。 _1 g& g E2 m& r+ z# `1 g
其实,当初的“经度法案”有过这方面的规定。为了鼓励应征者,经度委员会有权向提出可行性方案的穷人预支奖金,做为试验经费。于是,经度委员会当即同意了哈里森的要求,预支给他500英镑,供他再制造一台新的改进型航海钟。1 t. }: j" j/ y+ ]5 F6 z4 K3 H
事实上,经度委员会一直存在了100多年,累计预支出去的研究经费高达10万英镑。可以说,经度委员会是人类历史上第一个官方的研究开发资助机构。
" `0 r i' v) C9 E9 C9 V, f8 u 哈里森只花了3年的时间就做好了H2。1741年1月,哈里森带着H2回到伦敦,把它展示给经度委员会。H2比H1略小,却反而更重了,因为哈里森把原先一部分木质材料改成了铜。除此之外,哈里森改进了驱动系统,并设计了一个更加灵敏的温度补偿器。; j3 T( n% w- f& j: C) j7 _8 T- h$ N
当时英国正在和西班牙开战,因此经度委员会没有急着让它出海,而是在陆地上对H2进行了一系列比海上条件更加严酷的试验,H2经受了考验。. ]+ K$ Q N$ b; E
但是,哈里森却又一次提出了反对意见。原来,他在H2完成之后才意识到,原先的设计不能抵抗船只转弯时造成的离心力,因此每次改变航向都会对航海钟带来一个微小的误差。哈里森绝不允许一台不完美的航海钟出海试验,他又向经度委员会申请了500英镑,并保证将会做出一台“世界上最完美的钟表”。
0 n# l4 Q" M5 X+ ^! H& L- c8 e2 } 此时的哈里森已经48岁了。他举家搬到了伦敦,把自己关在房子里,开始制造H3。他的助手已经从弟弟换成了儿子威廉·哈里森(William Harrioson)。威廉是老哈里森和第二个妻子生下的孩子,也是哈里森所生的三个孩子当中唯一长大成人的。当时威廉只有13岁,他的童年和青春期都是在H3的陪伴下度过的。
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# W" E/ w9 v# l: D# G9 J 1741年还发生了两件大事。第一,一支英国舰队奉命驶向南美洲,其中就有哈里森曾经乘坐过的军舰“百夫长”号,新船长名叫乔治·安森(George Anson)。这次航行没有带H1,而是依然靠水手的估计来判断经度。没想到,就在舰队驶过南美洲最顶端的合恩角时,遇到了风暴。连续58天的狂风暴雨把他们彻底吹离了航道,舰队的其它5艘战舰也和“百夫长”号失散了。等到雨停了之后,安森完全判断不出自己到底在哪里。此时船上的给养快用光了,不少船员得了严重的坏血病,完全失去了劳动能力,必须立刻上岸补充淡水和食品,否则只有死路一条。$ f) h- G8 ? I) t x8 S
安森知道南美洲太平洋一侧的外海有一个名叫费尔南德斯的小岛,位于南纬35度的地方。可安森不知道自己的经度,只能先向北驶到南纬35度,然后沿着纬度线航行。但是,到底向东还是向西走呢?安森决定向西。可走了4天都没有见到大陆,他心里有点发慌了。船上每天都要死掉6-10个人,再找不到陆地,恐怕就连操纵帆船的人都没有了。
x5 C9 e- h1 h6 Q, P 于是,安森决定立即掉头往东。此时正刮西风,两天之后他们就看到了陆地。谁知走近一看,却发现这是西班牙占领的智利,海岸边都是悬崖峭壁,根本无法登陆!没办法,他又只好再一次掉转船头。事实上,安森后来承认,当时“百夫长”号距离费尔南德斯只有几个小时的航程了,只要再坚持一下,就能发现海岛。* l+ `% Z2 X* H' Z
因为测不出经度,“百夫长”号在海上耽误了2个星期,多赔进去80条生命。
/ v4 m. E0 {- U* n- {' v 当哈里森得知“百夫长”号的悲剧时,正在伦敦的家中紧张地忙碌着。不过他顾不上为这艘船的命运担忧,因为又传来一条坏消息:经度委员会中最支持他的哈雷因病去世,顶替他的是第三任皇家天文台台长-詹姆斯·布拉德利(James Bradley)。布拉德利是牛津大学的天文学教授,曾经试图测出地球到星星之间的距离,虽然没有成功,但却因此而测出了准确的光速。
6 k3 H; |* d @- a6 g/ v 布拉德利是经度委员会的8名常委之一,曾经签名支持过哈里森。但是,做为一个天文学教授,他更希望月距法获得经度奖金。上任之后,布拉德利立刻开动马力,加快月距法的研究进程。经度之战从此进入了白热化的阶段。
1 n% C! G; A5 _# @& o& O 前面说过,第一任英国皇家天文台台长弗拉姆斯蒂德的遗孀于1725年出版了《不列颠星表》,月距法的一大支柱问题解决了。1731年,也就是哈里森完成H1的设计草图的那年,两个分别住在大西洋两岸的发明家发明了反射象限仪(又叫八分仪)。这是一种用来直接测量星体夹角的仪器,有了它,船员们就可以在晃动的甲板上直接量出月亮和星星之间的距离。' ?' ^9 K F) u' G$ S# m
欧洲的海员们把这架仪器叫做哈德利象限仪,因为这是英国人约翰·哈德利(John Hadley)发明的。但是,几乎与此同时,远在美国的托马斯·戈弗雷(Thomas Godfrey)也做出了一台几乎一模一样的象限仪,只是由于当时的美国不够强大,戈弗雷的名字只是在科技历史书上才会出现。这一现象不是偶然的,这说明当时的科技界盛行单兵作战,合作的必要性还没有得到科学家们的足够重视。& r8 F# k& e8 W1 i2 o2 j$ W$ g
月距法是个例外,因为这个问题实在是太复杂了,不可能凭借一人之力获得成功。就拿星表来说,英国人弗拉姆斯蒂德只是完成了北半球的星表,南半球的星表是一个名叫尼古拉斯·路易斯·拉卡雷(Nicolas Louis de Lacaille)的法国天文学家完成的,为此他专程前往南非的好望角,在那里住了很多年,最终完成了对南方天空的观察记录。
( w8 N9 d9 F3 e6 z 月距法的另一大支柱-月球的运动轨迹,则是由一名德国人完成的。托比厄斯·迈耶(Tobias Mayer)是一个在地图局工作的德国制图专家,他于1755年制作了一份《月球表》,准确地描述了月球在任意时刻的位置。迈耶也不是一个人在战斗,他参考了瑞士数学家伦哈德·欧拉(Leonhard Euler)对月球轨道所做的计算。欧拉是一个天才的数学家,他用一组优美的方程式描述了地球、太阳和月亮之间的相对运动,解决了那个令牛顿感到头疼的数学问题。 h3 ^' B/ w* D j; l, ~. d7 `$ l
1757年,布拉德利拿到了迈耶的《月球表》。他用自己在格林尼治天文台观测多年得到的数据和这份表格做了对比,发现其误差已经足够小,满足了经度奖金所规定的精度范围。为了保险起见,他派出多名天文学家,到世界各地进行观测,以期进一步验证这个表格的准确性,其中一人名叫内维尔·马斯卡林(Nevil Maskelyne),是布拉德利的好友,也是哈里森最大的敌人。% S% @, p9 R& Q" l9 N; f
无论从哪个方面看,马斯卡林都很像是那个固执的弗拉姆斯蒂德。他出生于1732年10月5日,比哈里森年轻40岁。他从小就是一个学习刻苦的好学生,一心想成为一名重量级的科学家。迷上天文学后,他更是一心铺在上面,甚至把婚期推迟到了他52岁那年,比弗拉姆斯蒂德都要晚6年。0 j3 a' c% C: w' K
认识马斯卡林的人都说他是个冷酷的家伙,他对除了天文之外的一切事情丝毫不感兴趣。他喜欢用第三人称称呼自己,甚至在自传中也是这样。他过了一辈子机器人似的生活,甚至把自己所花的每一笔钱都做了记录,但这份记录却采取了一种超然物外的口吻,丝毫不带有任何感情因素。
. }! g' O+ h( y0 n8 y* h0 o5 A 但是,马斯卡林有一点和弗拉姆斯蒂德完全相反。在对待月距法的态度上,他一点也不在乎到底是谁做出的贡献,而是只要有用,就毫不迟疑地拿来用。不过,绝不能以此来指责马斯卡林剽窃,事实上,马斯卡林的态度才是科学家应该有的,因为只有这样才能集思广益,尽快地解决问题。
, u8 ^* p1 B& W% r" S4 O( t' k/ I# e 当然,马斯卡林也许并不是为那些在海上懵登转向的海员们着想。他的目的很简单:赢得经度奖金。他知道,自己只有一个敌人,那就是哈里森。
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4 I0 @6 S. D! o* [ 就在天文学家们组成跨国联盟,共同向终点发起冲刺的时候,哈里森却陷入了泥潭。H3进展得很不顺利,迟迟没能完工。有人曾经怀疑他利用自己的名气为别人制造钟表赚取外快,但事实证明,那段时间他只是零星地接过几次小活,他的收入来源几乎完全来自经度委员会。根据记载,哈里森曾数次向经度委员会提出延期,并申请经费支持。经度委员会满足了他的要求,一共给他拨过5次款,每次500英镑。
4 |" }- k) x# ]5 \8 G2 I& H3 t' z 看似很多吗?可是,这2500英镑支持了哈里森19年!
* k# I& ?3 f; i) U 1757年,哈里森终于完成了H3。这台机器只有60厘米高,30厘米宽,重量也只有35公斤。H3包含了几项新的发明,哈里森用圆形的平衡器代替原来的哑铃平衡器,解决了离心力的问题。他制造了一块“双金属片”(Bimetallic Strip),代替了原先用来抵抗温度变化的“烤架”。这种金属片至今仍然被广泛用于恒温器内。他还发明了一种“带夹圈的滚珠轴承”(Caged Roller Bearing),直到现在还能在带运动部件的机器上找到这种轴承。
& m6 J! M7 E- ^% a6 F H3一共包含了753个零件,是到那时为止最复杂的一台钟表。哈里森父子俩深感力不从心,便把许多部件承包给了伦敦的钟表匠。但是哈里森非常小心地不让他们接触到整体设计,他不想让H3的秘密被外人知道。这样做虽然对保护专利非常有利,但却屏蔽了他人的智力,减缓了H3的进度,客观上给了月距法一个赶超的机会。
1 k7 r" Y7 I5 @' E. v( A7 Z; _ 值得深思的是,正是一次来自他人的贡献,使得哈里森茅塞顿开,最终解决了经度难题。1753年,哈里森委托一位名叫约翰·杰弗里斯(John Jefferys)的钟表匠为他制作一块私人用的怀表。这块表用到了很多H3里面的技术,只不过被大大缩小了。出乎哈里森意料之外,这块怀表居然非常准时。要知道,以前的钟表匠们都认为摆钟是越大越准,可是,在哈里森解决了一些常见的技术问题之后,这项规则悄悄发生了变化,高频的振子反而比体型巨大的摆钟更加稳定和准确。哈里森直到亲自使用了杰弗里斯制造的怀表后才恍然大悟,明白了这个道理。: a8 u& l+ ~- l
1757年,哈里森再一次向经度委员会申请延期,他打算把过去的设计推倒重来,制造一块航海用的怀表。2年之后,也就是1759年,H4问世了。跟它的三位兄长相比,H4是个名副其实的小不点。它的直径为13厘米,重1.45公斤,做为怀表略微大了点,但仍然可以很容易地装进一个银表盒里,随身携带。
o( w3 _# k. S5 W 这块表内最重要的部件大概是几块微小的钻石,哈里森把它们装在齿轮之间,用来消除摩擦。大概是因为H4太小了,就连哈里森也没法完全省掉润滑油,所以H4必须每3年拆洗一次。
# v$ J; X3 y4 E j0 P: Y 哈里森对这块表非常满意。“我斗胆说,世界上没有哪个机械或者数学的东西比H4更漂亮或者更精美了,”哈里森说,“我衷心感谢上帝,让我活了足够长的时间完成了这件宝贝。”8 t, S6 E# m* N
接下来所要做的就是让H3和H4去加勒比海走一趟。此时老哈里森已经67岁了,无法亲自跑一趟,好在儿子威廉完全能够胜任这一工作。1761年5月,威廉带着H3来到朴次茅斯港等待经度委员会派船出海,老哈里森留在家里继续对H4做最后的精调。谁知经度委员会迟迟没有发船,哈里森断定是天文台新台长布拉德利捣的鬼。布拉德利肯定是不会承认这一点的,他有足够的理由为自己辩解:他正忙着观测金星凌日呢。 |