执着的工匠:一生只为造一座钟

来源:蝌蚪五线谱发布时间:2017-11-18

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  “上船啦,上船啦!”一阵欢呼声让正在发呆的你回过神来。面前长长的队伍开始缓慢移动。向他们移动的方向看去是一艘漂亮的白色游轮。宽阔的海面在阳光照耀下发出细碎而耀眼的波光。突然,你的肩膀被拍了一下,一个声音从背后传来,“刚才沉思什么呢?”你回过头来,看到身后站着的小天才意识到今天你和朋友天文学博士小天、文艺女青年文文一起相约来海边游览。你低头看了一下时间,答非所问地说:“终于上船了,都等了半小时了。”文文似乎还沉浸在兴奋之中,说:“快走快走,我要到船上去自拍两张!”说着拿出了自拍杆……

  你们跟着队列走上游轮,落座之后小天问道:“我看你换新手表了?”你笑着回答说:“这是最新的运动手环,不是手表啊。”小天接着说:“那也能看时间喽。”文文自拍了几张后刚刚收起自拍杆,插话道:“当然啦!现在电子设备基本都可以显示时间啊。”小天若有所思地说:“这让我想起了一个人,他为了实现‘在船上看表’几乎耗费了一生的精力。”你和文文同时笑了起来。文文抢先说:“在船上看表不就是一抬手的事情嘛,怎么还这么费劲呢?”小天耐心地说:“你们别笑,我说的是真的。他为了发明用于海上计时的‘航海钟’可谓是历尽艰辛啊,这个故事要从头讲起……”话音没落,一声悠长的汽笛声响起,游轮缓缓离开码头向大洋驶去。

  你饶有兴致地催促着:“快说说这是怎么一回事啊?”小天喝了一口水慢慢说:“你们知道古人在海里航行的时候怎么确定前进方向吗?”你回答说:“应该是看海图吧。”小天说:“对,但是也得知道自己的位置才行。这就需要海上定位。人们在意识到地球基本上是个球形以后,只需要知道自己的经纬度就可以给船只定位了。但是茫茫大海,想确定自己的位置参照物非常难找。”你说:“用卫星导航啊!”文文笑着说:“古人哪来的卫星啊?”你拍拍脑袋说:“也是,那怎么办呢?”小天说:“纬度的确定相对简单,只要用‘六分仪’之类的仪器在正午测量太阳高度或夜间测量北极星的高度就能知道自己所处的地理纬度。但是经度测量是个棘手的问题。所以为了保险起见,在没有解决这个问题之前古人一般都是沿着海岸线航线的。”文文恍然大悟地说:“怪不得看到历史书上郑和下西洋的航线几乎都是沿着海岸线呢。”

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  图1 六分仪

  小天继续说道:“如果离开了海岸线,就要靠船和航速等信息来估算并依靠船长丰富的经验和一点点运气来航行了。不过运气并不总是那么好,远洋的船只很容易迷失方向,比如1707年一只英国舰队在和法国军队打了一仗后凯旋,但是由于在偏离航线致使舰船在西西里岛附近触礁沉没,上千名士兵葬身大海。也许是在这件事的刺激下,英国下决心要解决这个问题。1714年,英国通过了《精度法案》(Longitude Act)决定悬赏两万英镑解决海上精确定位的难题。其实在18世纪的欧洲,谁率先突破航海的技术瓶颈就势必会在争霸海洋的竞争中获得优势。因此,其他欧洲国家也公布过类似的悬赏活动。英国这次‘大赛’的评审委员会叫做‘经度委员会’,阵容非常强大,甚至包括牛顿这样的著名科学家。牛顿等‘科学大佬’们最看好的方式是通过天文观测来计算经度,牛顿曾经说‘计算经度的钥匙只可能隐藏在星空里’。但是一个‘执着的工匠’的出现打破了这个咒语,他就是钟表匠约翰·哈里森(John Harrison),他希望用一座钟来实现经度定位。”

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  图2 约翰·哈里森

  问问疑惑地问:“钟表怎么能有定位功能呢,难道他发明了‘智能手环’?”你和小天听了都笑了起来,你下意识地看了看自己手腕上的手环。小天解释说:“不是什么智能手环,而是航海钟。思路不难理解:我们都知道世界不同经度的地区存在时差,在海上航行的时候通过观测太阳等天体位置可以知道当地时间,如果能带上一座与出发地时间一致的钟表就可以算出时差了。知道时差也就知道经度差了。问题是当时的钟表是钟摆式的,摆动周期在地面上是比较准确的,可是到了海上船的颠簸摇摆给钟摆施加了额外的惯性力,让钟表走不准了。所以造出一块‘抗干扰’的航海钟成了这个方法的关键。”

  文文点点头说:“大概明白了,那么这个哈里森造出这样的钟表了吗?”小天说:“事情并不顺利。哈里森是一个木匠的儿子,从小喜欢制作一些机械装置,尤其痴迷于钟表。他设计了一个方案,利用弹簧把两个金属摆球连接,形成了一个不怕颠簸的摆动机构,他把这个装置生动地称为‘蚂蚱腿’。本来他想把这个‘金点子’提交给‘经度委员会’,可是这个‘传说中的机构’并没有办公地点。他只好找到了其中一个有名的委员,英国皇家天文台台长哈雷。”你插话道:“是那个‘哈雷彗星’的哈雷吗?”

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  图3 哈里森前三代航海钟

  小天点点头说:“正是他啊,他预言了哈雷彗星的回归,不过他本人并没有看到。哈雷还是非常谨慎的,他看了哈里森的方案图后未置可否,把他介绍给一个著名的钟表大师格雷姆。格雷姆看到哈里森的方案感到眼前一亮,当即掏出250英镑资助他完成自己的设计。”文文撇了撇嘴说:“如果是在中国,肯定不会资助这个数的。”小天淡淡一笑说:“玩笑归玩笑,哈里森这下可是‘打了鸡血’了,既然有人看好这个方法,那就开始大干一场吧。他先是造出了‘哈里森第一代’航海钟,被称为‘H1’。这座钟体积非常庞大,重量也足足有三十多公斤重。本来哈里森可以去‘经度委员会’要求领奖了,但是他本人并不满意这个产品,决定继续改进。又相继设计出了‘哈里森第二代’(H2)和‘哈里森第三代’(H3)航海钟,其中H3就耗费哈里森19年的时间,我们现在可能很难想象当时的哈里森经历了怎样的艰辛。但是这些改进的版本依然非常笨重。‘经度委员会’要求航海钟能够轻巧一些。已经花甲之年的哈里森又重新开始了新的设计工作。1759年,他终于利用小型高频振子制作出了‘哈里森第四代’航海钟(H4)。‘H4’的大小和普通怀表相当,哈里森用名贵的钻石和红宝石制作其中的一些元件,配合精美的雕刻装饰。这座惊艳世人的航海钟不但是精确的科学仪器,还是做工精美的艺术品。不过此时‘经度委员会’却拒绝支付奖金。”

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  图4 哈里森第四代航海钟

  你和文文几乎异口同声地问:“为什么啊?”小天回答:“理由有很多,比如,‘原理叙述不清’啊、‘无法量产’啊、‘哈里森出身低微’啊等等五花八门的理由。其实最重要的是很多人不愿意承认自己输给了这个执着的钟表匠,而且当时‘星空派’也并非没有进展。很多天文学家也成功利用比对月亮的位置等天文观测方法计算出了经度,只是计算非常繁琐,耗时很长。相比之下还是携带一座小巧的航海钟更加方便。在‘经度委员会’的要求下,哈里森的儿子威廉怀抱着‘H4’进行了远洋试验,威廉在此次远赴牙买加的旅程中身体不适发了高烧,但是在将近三个月的航行中‘H4’误差不足一分钟,证明了航海钟的可靠性。已经年迈体衰的哈里森最后还在‘经度委员会’要求下制作了一台航海钟,他已经无力应付委员会的百般刁难了。最终在英国国王乔治三世的干预下,哈里森才得到了一笔迟到的奖金,而此时他已经是年逾古稀了。”

  文文感叹道:“真是不容易啊!为了造一座航海钟,他的确是耗费了一生的心血啊。”你也感慨地说:“是啊,这种工匠精神也是科学精神的一部分。虽然现在我们已经不需要哈里森的航海钟来给舰船定位了,但是他留下的这种精益求精的精神确实永远的精神财富。”

  又一声汽笛响起,游轮已经在不知不觉中靠岸了……

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