经度之战

经度之战 一 “开始～”随着一声令下，一名海员把手里的沙漏翻了个身，开始计时。另一名海员手握麻绳，绳子的一头绑着一块三角形木版，飘在海面上，另一头绕在纺锤里，随着帆船的前行，不断从纺锤上松开，从海员的手心里通过。 “停～”掌管沙漏的海员喊了一声。负责计数的海员报出一个数字，这就是这段时间里通过他手掌心的绳节数量。这个数字除以沙漏转一圈所需时间，就是现在的航行速度。船长得知这个速度后，再根据航行的方向，在海图上标明船只现在的位置。 这就是18世纪以前的海员们测量航速的方法，这就是为什么早期的航海速度是以“节”为单位的。 “我们不久就会到达亚洲了～”船长通知全体船员，“大家不要放弃，继续前进。” 二 这事发生在1492年10月，那个船长是个西班牙人，名叫克里斯托弗?哥伦布(Christopher Columbus)。他游说西班牙国王，出资建造了3艘小帆船，准备向西横跨大西洋，找到一条通向香料王国的新航道。哥伦布事先通过计算，认为亚洲并不遥远，最多不超过3850公里。可是，他并不知道，他使用的数据来自阿拉伯国家，阿拉伯的距离单位要比欧洲的长。 这种远距离航行，必须知道船只每时每刻的经纬度，否则无法定位。当时的欧洲海员都知道怎样测量纬度，但经度却只有靠猜。为了保险起见，哥伦布把航线定格在北纬28度。他相信地球是圆的，只要沿着这个纬度一直向西，最终肯定能到达亚洲。 10月12日，在航行了一个多月后，哥伦布看见了大陆。他原以为那是日本，其实他到达了巴哈马群岛。一个错误的计算，让哥伦布成为第一个发现美洲大陆的人。 回到西班牙后，哥伦布受到了英雄般的礼遇。可是，麻烦很快来了。另一个欧洲海上强国葡萄牙也想和西班牙分一杯羹。于是，当时的天主教教皇亚历山大六世于 1493年5月4日颁布了《分界线诏书》(Bull of Demarcation)，规定在亚速尔群岛以西100里格(League，约等于4.8公里)的地方划一条子午线，西边统统归西班牙所有，东边则归葡萄牙。可是，这个规定完全形同虚设，因为没人知道这条线的具体位置，新大陆到底在线的东边还是西边,只有听天由命了。 西班牙人运气真好。后来得知，按照诏书的规定，南美大陆的绝大部分土地都落在西班牙这一边，只有大陆最东边的一个角被划在了葡萄牙的名下。于是，如今南美大陆的大部分国家都说西班牙语，而那个角所在的国家,巴西则说葡萄牙语。 三 人类的探险史其实就是一部科技发展史。除了航海技术的进步之外，定位技术的发展几乎同等重要。最早解决的定位问是方向的测量，中国在这方面做出了自己的贡献。但是，指南针与其说是发明，不如说是发现。只要发现了磁石的指南功能，剩下的就是如何让磁石自由转动了。古代的中国人想出的办法是让磁石浮在水面，而不需要水的“旱罗盘”则是外国人发明的。 但是，指南针并不是不可替代的。北半球的人都知道利用北极星辨别方向，太阳的位置也能帮助人们找到北方。相比之下，纬度的测量则需要一点技术含量，但也不是天大的难题，只需要一台能够测量星体高度的象限仪就可以了。把象限仪水平放置，一端对准北极星，读出 它和水平面的夹角，就是纬度。 稍微有点经验的海员还能够利用太阳的高度测出纬度，只不过需要测量员用一只眼睛直视太阳。据说，那时的远洋船上每20个老船长就会有19个因为常年对着太阳看而变成独眼龙～不过，如果牺牲一只眼睛能够换来全船人的平安，倒也值了。 无论是用指南针指南，还是测量天体高度，都需要一个稳定的地平线，于是人们发明了“常平架”(Gimbal)。类似的装置中国人也曾经发明过，但却用来制作“卧褥香炉”，无论太太小姐们怎么转动这个镂花铁球，里面的熏香始终直立不倒，香灰也就不会倒出来弄脏被褥。 有了常平架，纬度就变成了一个非常容易测量的参数，因为纬度是由自然法则确定的，赤道就是零纬度，两极则是90度，无论哪里都一样。经度就不同了，地球一直在转，没有任何天然的办法确定零经度的位置，只能人为规定。同样，也没有任何天体能够用来直观地显示经度的差异。 于是，古代的航海只能沿着海岸线走，否则等待船员的就是死亡。当初郑和下西洋就是如此，所以他最远只能到达非洲，不可能发现隔海相望的美洲大陆。不仅是郑和，世界上所有那些往来于欧亚非之间的商船都必须沿着固定的航道行驶，依靠汪洋中的海岛确定自己的位置，这就给了海盗以可乘之机，他们只要守在航线上，自然就会有商船送上门来。 渴望测量经度的不仅仅是海员，制图师们更是离不开经度。事实上，生活在公元前2世纪的古希腊地理学家托勒密(Ptolemy)是最早利用经纬度绘制地图的人。可是，由于无法准确测量经度，他只能凭借对距离的估计，大致标出某地的相对位置。托勒密的方法一直延续了1000多年，但此法显然不够严密，所以那时的地图大都不准，夸大了陆地的面积，低估了海洋的范围。 难道经度就无法测量吗,窍门其实是有的，那就是时间。地球每24小时自转一周，也就是360度。于是，每个小时就相当于经度的15度。只要知道两地的时间差异，就可以知道两者之间的经度差了。举例来说，如果知道某地的正午12点正好是伦敦的上午10点，那么就说明此地在伦敦东边30度的地方。 于是，经度的问题就转换成一个等价的问题:如何测量两地的时间差。 1530 年，荷兰数学家伽玛?弗里西斯(Gemma Frisius)提出用钟表来测量时间差。按照他的设想，可以做作一台钟表，始终保持某地(比如伦敦)的时间，然后带着它来到新的地点，利用太阳高度测量当地时间，再和伦敦钟表做对比，就能知道此地和伦敦的经度差。这个设想看似简单，但在弗里西斯的时代，钟表的制作工艺非常原始，每天快慢几分钟是家常便饭，这样的精度根本无法胜任测量经度的工作。 既然人工制造的机械装置无法准确计时，人们很自然地把目光转向天空。事实上，人类早期对天文的兴趣绝大部分来自计时的需要，因为人们发现，只有天体的移动是完全守时的，太阳月亮和星星们组成了一个巨大的“天钟”，替人类预报时间。 1514 年，德国天文学家约翰尼斯?沃纳(Johann Werner)提出利用月亮的移动来测量经度。 他通过观测发现，月亮在天空中的相对位置每时每刻都在改变，大约每小时移动一个月亮直径的距离。他假定地球上观察到的月亮行为都是一样的，只要在两地分别观测月亮，准确记下它移动到某个位置的时间，就能算出两地的经度差。 但是，这个“月距法”也有自己的问题，那就是缺乏准确而又完整的星表。再加上月亮的移动规律仍然无法预测，因此也还有很多工作要做。 就这样，两个几乎同时被提出来的方法开始了一场争夺经度的战争。这场战争过程曲折离奇，战况惊心动魄，不亚于任何一个优秀小说家编出来的惊险故事。这个故事背后折射出来的关于人类科技发展的经验教训更是值得后人玩味。 四 在叙述这场战争之前，先来看看在此之前进行的几次小战役。 制作地图的人都知道，为了测量某地的经度，他只需要等到一个共同的天文事件，然后让各地的天文学家在这个事件发生时准确记下当地时间就可以了。这个天文事件可以是月亮和某个星星相遇的时刻，也可以是月食。事实上，很早就有人利用发生月食的机会，测量出了不少大城市的准确经度。 但是，这个方法一来不能经常使用，二来不适用于远距离测量，因为月食覆盖的范围并不大。天文学家需要找到一个天文事件，发生的频率足够大，距离地球也足够远，对于地球上所有的观察者来说都是同时发生的。 1610 年，著名的意大利天文学家伽利略(Galileo)通过自制的望远镜，找到了这样一个天文事件。他发现，木星有4颗卫星，它们以极快的速度绕着木星公转，转速和轨道都极有规律。伽利略潜心观察了6年，确定无误后把结果写成一个奏折，上交给了西班牙国王菲利普三世。 为什么要给西班牙呢,因为伽利略想拿到一笔奖金～原来，哥伦布发现美洲的壮举在欧洲引发了一股航海热，可随之而来的却是灾难，因为大批船只因为测不出自己的准确位置而迷失大海。航海大国西班牙的损失尤其惨重。1598年，菲利普三世颁布诏书，宣布设立经度奖金，任何人只要找出海上测量经度方法，就可以获得 2000杜卡托(Ducat，西班牙货币)的奖励。可是，这份诏书一经颁布，立刻招来不少自认为聪明的家伙，西班牙政府不得不面对一大堆不切实际的设想，评审官们很快就厌倦了，伽利略的想法连带着遭了殃，被西班牙政府打入冷宫。 好在不仅是西班牙对解决经度问题感兴趣，包括葡萄牙和意大利在内的许多欧洲国家都出台了各自的奖励措施。伽利略没有放弃自己的想法，他继续观察木星，不断修改自己的数据，并于1638年把这个方法提交给了荷兰政府。因为一些意外的原因，荷兰政府直到1641年才决定派国内顶尖科学家克里斯蒂安?惠更斯(Christiaan Huygens)前往意大利和伽利略讨论此法的可行性。可是，还没等两人会面，伽利略就去世了，这个方法被搁置了起来。 伽利略并没有把所有的时间都花在观察木星上。他兴趣广泛，在多个领域都有高深的造诣。 他曾经第一次提出了用摆锤测量时间的原理，据说这个想法源自他年轻时的一次神秘经历。他发现从教堂屋顶上垂下来的油灯被风吹得摇摇晃晃，他用自己的脉搏测量了摆动一次所需的时间，发现这个时间不但非常恒定，而且与灯绳的长度有关。他非常想利用摆锤的这一特性制作一台摆钟，但却一直没找到合适的机会。 有趣的是，这个想法最终被那个荷兰科学家惠更斯解决了。惠更斯一直坚称自己没有接触过伽利略的设想，制作摆钟的想法完全是自己独立地想出来的。1656年，他制作出了世界上第一台摆钟，并于2年后出版了一本描述摆钟原理的专著,《时钟》(Horologium)。惠更斯发明摆钟的目的就是为了更准确地描述天体的行为，而这样做的最终目的同样是为了解决经度问题。事实上，他曾经专门为航海而制作了两台航海钟(Marine Timekeeper)，并曾经出海进行过检验。可是，钟摆只能在平静的海面上使用，一旦出现风浪，摆钟就不准了。为此惠更斯发明了螺旋平衡弹簧，代替钟摆，并申请了法国专利。 可是，在惠更斯打算申请英国专利的时候，遇到了英国科学家罗伯特?胡克(Robert Hooke)的挑战。这个胡克可是大名鼎鼎，他是个科学多面手，曾经用显微镜观察生物，发明了细胞(Cell)这个词。另外，他在光学、引力理论、地震学、蒸气机制造和弹簧原理等领域取得过很大的成绩。事实上，正是在发明平衡弹簧的过程中，胡克提出了著名的“弹簧原理”，即“弹簧产生的弹力和拉长的长度成正比”。胡克指责惠更斯偷窃了他的弹簧式钟表设计，两人为此数次大动干戈，最后谁也拿不出足够的证据证明对方剽窃，这个螺旋平衡弹簧的专利最后也就不了了之了。 两人都试图利用这个弹簧，制造一种能够在海上使用的摆钟，但做出来的样品钟准确度仍然太低，海员们不可能依靠它来确定经度。天文学家们非常乐于看到这一点，他们想，既然胡克和惠更斯这两位科学界公认的领袖人物都不能做出完美的航海钟，那么解决经度问题就只能依靠上天赐予人类的 “天钟”了。 值得一提的是，除了利用时间来测量经度之外，还有一种方法曾经得到了许多科学家的支持，这就是“磁偏法”。原来，哥伦布在那次发现美洲之旅时发现，指南针和北极星所指的北方有微小的差异，后来有人正确地解释了这一偏差，这是因为磁极和真正的北极(自转轴)并不重合造成的。不少科学家知道这件事后都很激动，他们相信这个差异就是测量经度的钥匙，只要找出磁偏角和经度之间的对应关系就行了。为此欧洲有一大批科学家投入了大量人力物力，可最终发现这个差异实在是太小了，无法用来准确测量经度。于是这个设想最终只能被放弃了。 在科学发展史上，类似这样的例子还有很多。一个科学理论，无论看起来多么合理，在没有最终获得证明之前，都有可能被无情地抛弃。科学就是这样铁面无私，在事实面前毫无怜悯之心。但是，科学是由科学家来研究的，一旦加入了人的因素，科学就有了私心，不那么纯粹了。 五 惠更斯发明摆钟的1656年，正是欧洲科技高速发展的时期。天文学、物理学、化学、数学……等等领域都涌现出一大批杰出的人才。可惜的是，他们散布在欧洲各国，平时很少交往，惠更斯和胡克关于螺旋平衡弹簧专利的争执就是这种隔离的后果。 渐渐地，科学家们意识到这种隔离必须被打破，科学家们必须学会合作，因为他们正处在知识飞速增长的时期，光靠一个孤独天才的个人奋斗是不够的。尤其是这个经度问题，实在是太复杂了，光靠一个人或者一个国家的力量根本解决不了。 法国最先担当起了带头人的角色。当时的法国国王路易十四是一个很有野心的人，他知道，要想征服世界，必须先了解世界，而科学是了解世界的最佳途径。 1666年，当时年仅28岁的路易国王授权法国总理科尔波特，成立了“皇家科学院”。科尔波特本人就是一个业余科学家，他充分利用了国王给予他的权力，花重金把一大批欧洲顶尖科学家招到法国，在皇家科学院任职。惠更斯就是第一批被招来的外国科学家，可惜他不喜欢法国，在服务了15年后还是回到了荷兰。 在所有科学领域中，路易国王最感兴趣的就是经度的测量。1667年，在科尔波特的亲自主持下，法国政府花重金购置了当时世界上最好的天文望远镜，并在巴黎近郊建造了巴黎天文台。法国人打算在这里彻底解决经度问题，然后名正言顺地把巴黎天文台所在地定为本初子午线。 在1667年到1669年这三年里，巴黎天文台组织人马对月亮进行了细致的观察，结果他们认为月亮的运行轨迹太复杂，无法准确地预测，因此月距法很难被用来测量经度。法国皇家科学院的科学家们得知这一结论后，统一了认识，决定推广伽利略提出的“木星卫星法”。这个方法的成功归功与一个名叫乔万尼?多曼尼克 ?卡西尼(Giovanni Domenico Cassini)意大利人，此人是个少年天才，25岁时就被任命为意大利博洛尼亚大学的天文学首席教授。他也对木星的卫星运动很感兴趣，并经过16年的观察，于1668年出版了一本手册，详细记录了这4颗卫星的运动轨迹和星蚀时间表，这是当时出版的最精确的木星卫星星表，有了这张表，世界各地的天文学家完全可以通过观测卫星的出没，测出所在地的准确经度。 1669年，科尔波特邀请卡西尼来法国担任巴黎天文台台长。在卡西尼的主持下，欧洲所有的天文学家都参与了法国主持的测量欧洲，最终画出了一份相当准确的新版欧洲地图。据说当路易十四看到新地图后抱怨说，他丢在天文学家手里的土地比丢在敌人手里的还多。 抱怨归抱怨，路易十四仍然出资支持巴黎天文台派遣好几支“天文观测小分队”，带着望远镜乘坐远洋帆船驶向世界各地，通过观测木星的卫星，测出准确的经度。这个庞大的计划也得到了欧洲其它各国的响应，并纷纷派出自己的“小分队”。就这样，一张新的世界地图被画了出来，人类终于第一次准确地知道了家的样子。 有趣的是，天文学家们在为地球造像的同时却无意间解决了好几个基本的科学问题。在此之前，人们一直认为地球是一个标准的圆球，但是很多被派往世界各地的观测小分队都抱怨说，他们的摆钟怎么也调不准。根据惠更斯提出的钟摆原理，在重力恒定的情况下，钟摆的摆动时间只和钟摆长度有关系。可是无论科学家们如何校正钟摆长度，在地球的某些地方测出来的摆动时间都不对。牛顿根据这些数据，得出了一个令人吃惊的结论:地球不是标准的圆球体。当然，这个假说现在已经被征实了，地球确实是个扁圆型的球体，赤道的半径最大，而且北半球比南半球要小一些。 再举一个例子。丹麦天文学家奥勒?雷默(Ole Roemer)在巴黎天文台工作期间，发现当地 球运行到距离木星最近的轨道时，木星卫星现身的时间总要早那么几分钟，他正确地把这一现象解释为光是有速度的。1676年，雷默首次利用木星卫星的“星蚀”，测出了光速(他测出的光速比实际速度稍慢)。 就这样，人类对经度的探索引发了一场真正的科学革命。 六 伽利略发明的木星卫星法虽然解决了地图绘制的问题，但却不能帮助海员们发现自己的位置，因为木星实在是太远了，在陆地上观测都很困难，观测者的心跳都会使卫星跑出望远镜的视野，更别说在海上了。 就在欧洲大陆的科学家们忙着观测木星卫星的时候，一个法国贵族悄悄来到了英国。他不太了解法国天文台所做的观察，因此他坚持认为依靠月亮的轨迹来计时更加准确，毕竟月亮很大，观测起来要容易得多。这位法国贵族的一个女性朋友当时是英王查理二世的情妇，她向这位国王解释了“月距法”，国王对此很感兴趣。英国拥有当时欧洲最大的商船队，查理二世当然明白经度测量的意思所在。听了情妇的解释后，他迅速召集英国的一批顶尖科学家前来开会，请他们对“月距法”做出评价。这其中有个年仅27岁的天文学家，名叫约翰?弗拉姆斯蒂德(John Flamsteed)。他指出，这个方法从原理上来讲确实可行，但首先必须画出一张准确的星表，搞清所有的星星每时每刻所在的位置，然后再搞清月亮每一天的运行轨迹，只有先完成这两件工作，才有可能运用这个方法进行海上定位。 1675年，查理二世采纳了弗拉姆斯蒂德的建议，从国库里拨出500英镑，在伦敦郊外的格林尼治村(Greenwich Village)的一个小山包上建成了一座天文台，弗拉姆斯蒂德被任命为这个皇家天文台的第一任台长，还被封了一个“皇家天文学家”的头衔。查理二世许诺给他的年工资是100英镑，这在当时可算是高薪了。不过，他每年要上缴10英镑的税，还要从这笔钱里支付助手和仪器的费用，所以经济上并不算很宽裕。虽然如此，弗拉姆斯蒂德仍然找到当时英国最好的制表匠，号称“英国钟表业之父”的托马斯?汤姆皮恩(Thomas Tompion)，从他那里定做了两台摆钟，钟摆长达4米，每天的误差小于2秒，这是当时世界上最准的钟表。 天文观测是一项枯燥的工作，好在弗拉姆斯蒂德是一个耐得住寂寞的人。他本人不算聪明，他的长处就是他的毅力，这是天文学家必不可少的一项品质。自从担任了天文台台长之后，他把家安在了这里。他平时基本上不下山，坚持每天观察，从不间断。这就不难解释为什么他直到46岁才娶了一位23岁的女士为妻，两人很恩爱，但没有生小孩。 具体来说，弗拉姆斯蒂德的主要工作就是在天空中划定一条假想的零经度线，然后准确地记录每颗星星通过这条线的时间和所处的高度。只有积累了足够多的数据，才能准确地画出一张具有实用价值的星表。弗拉姆斯蒂德上任后不久，就通过这些数据得出了一个副产品:他证明地球的自转确实是匀速的(其实并不匀速，但其误差远小于当时仪器的测量极限)，这为月距法的成功打下了坚实的基础。 说起来，当时英国最有名的天文学家其实并不是生性固执死板的弗拉姆斯蒂德，而是性格活泼的埃德蒙德?哈雷(Edmond Halley)，后者因为准确地预测了哈雷彗星的归期而名声大躁， 而他本人的名字也因为这颗彗星而永远留在了历史书上。大概是因为性格相反的缘故，弗拉姆斯蒂德和哈雷是一对冤家，两人从来说不到一起去。弗拉姆斯蒂德死后，英国皇家科学院任命哈雷为第二任皇家天文台台长，弗拉姆斯蒂德的妻子知道这个任命后，立即变卖了天文台里所有的家具，甚至把望远镜和摆钟都卖了。这些仪器都是弗拉姆斯蒂德自己掏钱买的，他妻子绝对不想让哈雷占有丈夫的心血。可是，这样做的结果就是，本来应该用来收集数据的仪器，甚至连弗拉姆斯蒂德花费了多年时间积累起来的一部分原始数据都丢失了。 弗拉姆斯蒂德在世的时候，哈雷就一直想得到他的数据。这倒不光是为了他自己，而是受牛顿的嘱托。当时牛顿是英国皇家科学院的院长，在英国科学界有很高的威望。他提出万有引力定律后，一直在寻找证据，而月亮的移动轨迹就是最有力的证据之一。牛顿知道弗拉姆斯蒂德的观测结果能够证明自己的理论，因此千方百计想得到这批数据。可是，古板的弗拉姆斯蒂德却以观测未完成，数据不够准确为由，拒绝了牛顿的建议。无奈的牛顿只好找哈雷帮忙，哈雷借工作之便，从格林威治天文台偷了一部分数据出来交给了牛顿。牛顿如获至宝，立即将这批数据印成盗版书出版了。 可想而知，弗拉姆斯蒂德大发雷霆。他想办法买到了400本已印行的书中的300本，然后把它们付之一炬。他给自己的助手写信说:“如果牛顿爵士明白事理的话，他一定会同意，我这样做是帮了他和哈雷博士一个大忙。” 这件事发生在1712年。两年之后，弗拉姆斯蒂德去世。又过了11年之后，他的遗孀和助手这才终于整理完所有的数据，出版了《不列颠星表》(Historia Coelestis Britannica)。这本书记录了3000个星星的位置，准确到10秒弧度，是当时世界上最准确的星表。 这本星表是月距法的一个重要的支柱。另一根支柱是预测月球的运动轨迹，有意思的是，恰恰是弗拉姆斯蒂德本人，延误了这根支柱的解决时间。 原因就是那次著名的“烧书事件”。后人大都十分赞同弗拉姆斯蒂德的做法，把他烧书的行为看作是一个不向强权妥协的典范。可是，实际情况并没有那么简单。当时牛顿正在试图通过万有引力公式计算出月球的轨道，可是，这个计算非常复杂，因为他必须同时考虑地球、月亮和太阳之间的引力作用。据说牛顿每次一想起这个问题就会头痛，必须想点别的，否则就睡不着觉。 弗拉姆斯蒂德手里掌握着月球的观测数据，这对牛顿的计算非常有帮助，所以牛顿急着想要得到结果，以便自己能尽快找出计算月球轨道的窍门。可是弗拉姆斯蒂德是个非常极端的完美主义者，他一定坚持要把所有星星的数据都做在一本完美的书里。结果，由于得不到弗拉姆斯蒂德数据的支持，牛顿被迫放弃了这项研究，否则的话他很可能早就计算出了月球的运动轨迹，月距法也就很可能早就被应用到航海中了。 现代科学的进步不能光靠孤军奋战，需要科学家之间进行广泛的合作。弗拉姆斯蒂德在性格上的某些缺欠防止了他和别人合作，这其实应该算是他一生中最大的败笔。 正是因为月距法阵营的自乱阵脚，才给了钟表法一个奋起直追的机会。经度之战终于正式打响了。 七 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。 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。 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。 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。 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～ 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。 八 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。 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。” 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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～ 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。 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。 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。 九 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。 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》。 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～ 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 十 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。 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。 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。 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。 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。 “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。” 这位乔治?格雷厄姆被后人誉为“正直的乔治”，是有道理的。 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的机械结梗恢陆泻茫?任被嵝戳艘环馊惹檠笠绲耐萍鲂拧?BR> 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。 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。 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。 十一 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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”。 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。 十二 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 十三 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。 看似很多吗,可是，这2500英镑支持了哈里森19年～ 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。 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。 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。 1755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。 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。 1755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。 十四 1761年6月6日，金星将正好在地球和太阳之间通过。全世界的天文学家都被动员了起来，纷纷组织考察队，奔赴世界各地观测这一罕见的天文现象。如果把这些来自不同地点的观测数据综合起来，就能测出地球和太阳之间的距离。 马斯卡林被布拉德利派往赤道南部的一个小岛,圣赫拿岛，这就是后来流放拿破仑的那个小岛。其实他俩都明白，测量地球太阳之间的距离并不是此行的主要目的，他们想通过这次旅行，检验一下月距法的可行性。一路上，马斯卡林多次用哈德利象限仪和迈耶月球表测量了海上的经度，又用此法第一次测量了圣赫拿岛的经度，这是月距法第一次在实际中得到运用，结果让马斯卡林很满意。虽然计算起来有点繁琐，需要4个小时左右的时间，但是测出来的经度能够满足经度奖金的要求。 与此同时，威廉却一直在朴次茅斯港等待经度委员会派来的远洋船。他一直等到1761年11月，才终于等来了英国皇家海军的“德普福德”(Deptford)号战舰。哈里森最终决定只带H4上船，他把宝全部压在了这块表上。 为了防止威廉作弊，经度委员会为装表的盒子做了4把钥匙，分别由威廉和另外3名军官包保管。因为风浪的关系，这艘船在海上漂泊了3个月才到达牙买加，一路上威廉不断利用H4为船定位，每次都被证明是正确的。“德普福德”号的船长心服口服，他向威廉保证说，如果哈里森父子生产的航海钟上市的话，他一定在第一时间购买一台。上岸后，随船的一名天文学家用望远镜确定了当地的正午，然后利用已经测出的经度数据和H4进行的验证，结果发现H4只慢了5秒钟～ 回程时“德普福德”号遇到了更大的风暴，海浪不断地冲进船舱，威廉不得不用毯子裹住H4，以免被海水淋湿。等他们于1762年3月26日回到英国后，威廉立刻进行了校对，发现H4经过了将近半年的海上航行后，总误差还不到2分钟。这个误差远在经度奖金规定的范围之内了，但是经度委员会又找来几个数学家，对航海记录进行了再三核算，得出结论说，数据还不够充分，不够准确。哈里森必须再进行一次类似的远航才能拿到奖金。 当然，这个结论也并不是没有道理，毕竟一次试验还不足以说明问题。但是，做出这个结论的恰恰是同样窥视经度奖金的天文学家们，这就不能不让人怀疑他们的诚意了。按照科学界通常的做法，天文学家们在这件事上应该回避，可是，经度问题历来被认为只能依靠测量天体来解决，天文学家们自始至终把持着经度奖金的生杀大权。 就在威廉结束远航前后不到半年的时间里，德国数学家迈耶和英国皇家天文台台长布拉德利相继因病去世，顶替布拉德利的是牛津大学的几何学教授纳森尼尔?布利斯(Nathaniel Bliss)。但是，哈里森清楚地知道，这位年老多病的第四任皇家天文官不是他的主要对手，他最大的敌人就是那个年轻气盛的马斯卡林。 1762年5月，也就是威廉从巴哈马回到伦敦一个多月后，月距法最忠实的支持者马斯卡林也从圣赫拿岛凯旋归来。他有充足的理由感到胜券在握，因为他第一次在实践中证明了月距法的可行性。回国后，马斯卡林立刻出版了《英国海员指南》(The British Mariner’s Guide)，这本书相当于迈耶的月球表的英译版配上月距法的使用说明书。从此，海员们终于有了一个测量经度的实用的方法，而天文学家手里又多了一张可以和哈里森对抗的王牌。 经度之战进入了白热化。双方剑拔弩张，准备做最后的一搏。 十五 布利斯当上第四任皇家天文台台长后，依惯例立刻自动成为经度委员会的常委。在他的带领下，经度委员会不断向哈里森施加压力，要求他把H4的秘密交出来。平心而论，这样做确实有道理，因为只有哈里森父子掌握H4的核心技术，而这项技术对于大英帝国实现其称霸世界的野心有着至关重要的作用。如果贸然出海试验，万一发生海难，或者其它什么意外，H4和哈里森父子一起葬身海底的话，岂不是竹篮打水一场空, 事实上，哈里森父子造出航海钟的消息早已传到了法国。法国政府派出了一个代表团前往伦敦，试图说服哈里森把H4的秘密卖给法国，被哈里森严辞拒绝。赶走了法国人之后，哈里森立刻向英国政府求援，试图让国会给他5000英镑做为“专利保护费”，可是英国国会拒绝了他的“建议”。 就是在这种情况下，1764年，威廉带着H4第二次出海，前往中北美洲的巴巴多斯，试验航海钟。可是，等他两个月后到达目的地时，发现等在那里准备验证H4精度的正是他的死对头,马斯卡林。原来，布利斯专门挑了马斯卡林先期前往巴巴多斯，一方面再一次试验月距法，另一方面代表经度委员会验证一下H4的精度。威廉当场质疑马斯卡林的公正性，两人大吵一架。 吵归吵，马斯卡林没有，或者说不敢在数据上做手脚。回到英国后，经度委员会仔细分析了 双方的数据，发现H4能够将经度确定在10英里(大约相当于16公里)的范围内，也就是说，这块表比经度法案规定的精确度高出了两倍有余。 科学就有这点好处。它所依赖的数据就像是钉在木版上的钉子，如果你想掩盖或者伪造，肯定会被扎到。经度委员会面对板上钉钉的数据，实在是找不出太好的理由拒绝哈里森，只能宣布哈里森获得了一半的奖金，即1万英镑。条件是:哈里森就必须把所有4台航海钟上缴给经度委员会，并把它们的秘密和盘托出。如果哈里森要想得到剩下的一半奖金，则必须再制造出两台同样的产品，以证明其设计是可复制的，H4的成功不是偶然。 后人经常用这个例子证明哈里森遭受的不公正待遇。美国传记作家达娃?索贝尔(Dava Sobel)在她撰写的《经度》(Longitude)一书中自始至终都把哈里森塑造成一个敢于和权威抗衡的孤胆英雄，同时把经度委员会里的天文学家们描绘成一群自私自利的家伙。好莱坞还于2000年根据索贝尔的这本书拍摄了一部同名电影，强化了哈里森和马斯卡林之间的对抗，把他俩塑造成一对冤家。这样做显然符合大众的审美心理，人们喜欢孤胆英雄对抗强权的故事。但是，在经度的故事里，对立双方并不是非黑即白，任何一方都不是完美无缺的天使。 从历史上看，在哈里森造出航海钟之前，海员们习惯了利用日月星辰来定位，他们出于本能，不相信一个金属盒子能代替宇宙和上帝。在他们看来，钟表和一个魔术师手里的魔盒一样，神秘莫测，完全不可理解，因此也就不可信。他们的看法也有道理，万一钟表在路上坏了怎么办,万一出了某种差错，时间不准了怎么办,在茫茫大海上，任何错误都是致命的，必须十分谨慎。也许有人会说:多带几块表不就行了,没错，但带两块还不够，因为不知道哪块是准的，起码必须带三块表。但是如果三块表都不一样怎么办,因此，后来很多远洋船都要带上十几块航海钟，保证有足够的参照。可是，要知道，那时的航海钟是非常昂贵的玩意儿，哈里森的H4仅仅是原材料就要花费至少500英镑，这在当时可是一笔巨款，很少有人能买的起，更不用说一下子买好几块了。相比之下，一架高质量的六分仪，外加一本《月距表》，加起来不到20英镑～从实用的角度讲，月距法无疑有着巨大的优势。经度委员会有好几名海军部的官员，他们都是航海的老手，看问题当然会从实用性的角度出发，难怪他们更喜欢月距法。 当然了，月距法也有自己的问题。首先，月亮每个月会有6天的时间距离太阳过近，无法观测。这还不是最致命的，月距法需要对观测结果做大量的校正运算，这就要求观测员具有相当高的数学技巧。即使如此，算一次经度也至少需要耗费4,5个小时的时间，稍微算错一点都会给结果带来致命的偏差。 马斯卡林当然知道这一点。他心里很清楚，要想打败哈里森，必须解决月距法计算难的问题。前面提到，马斯卡林不是一个只相信自己的人，他愿意使用任何人的数据，只要能解决问题就行。于是，他花钱雇佣了很多学生做为“人肉计算机”，帮他计算出了整个1767年的月距数据。1766年，马斯卡林出版了第一卷《航海年鉴和天文星历》(Nautical Almanac and Astronomical Ephemeris)，把1767年整年的月距和经度的关系列举了出来。海员只要有这本年鉴，就可以把计算经度的时间从原先的4个小时缩短到现在的30分钟。 此时的马斯卡林如日中天，他的头衔已经换成了“第五任皇家天文官”。原来，第四任天文官布利斯只在“格林尼治天文台台长”的位子上坐了两年就因病去世了，32岁的马斯卡林于1765年继任。他上任后做的第一件事就是给迈耶的遗孀颁发了3000英镑的奖金，以表彰迈 耶为月距法所做的贡献。迈耶于1765年2月因病毒感染去世，年仅39岁。后人猜测马斯卡林想借表彰迈耶的机会再次宣传“月距法”的好处，但也许，马斯卡林确实只是想让迈耶的贡献得到大众的承认。 马斯卡林上任后做的第二件事就是当众宣读了一份“备忘录”，认定“月距法”才是最有可能解决经度问题的正统方法。“太阳、月亮和星星是上帝送给人类的礼物，”马斯卡林在演讲的最后表达了自己对大自然的敬畏之心:“上帝制作的钟表才是最可靠的，人类的雕虫小技怎么能和伟大的上帝相提并论,” 十六 在马斯卡林咄咄逼人的攻势面前，固执的哈里森也不得不屈服了。他终于同意把H4的设计图纸和设计说明整理成文字上交给经度委员会，并由委员会整理成一本名为《哈里森先生的计时器的原理于插图》，在英国出版。从此，H4的秘密被公之于天下。 负责出版这本书的人正是皇家天文官马斯卡林。 1765年8月14日，一个由数学家、钟表匠和科学仪器制造商组成的审查小组来到哈里森的家中，花了6天的时间看着哈里森当面拆除了H4的所有零件，并逐个讲解这些零件的功能和设计窍门。 这个审查小组的领头人正是天文台台长马斯卡林。 审查完毕之后，审查小组要求哈里森把H4重新装配起来，并上缴给经度委员会，由委员会派人做进一步的验证。 负责做验证的人正是月距法的忠实信徒马斯卡林。 索贝尔在《经度》一书中对于这段故事的描写可谓爱憎分明，充满了对哈里森的同情。不过，如果稍加分析的话，经度委员会所做的事情并不都是不合理的刁难。比如经度委员会出版了哈里森的设计图纸，是为了能让更多的钟表制造商参与进来，加速航海钟的研发速度。后来发生的事情证明，当一大批钟表匠参与竞争之后，钟表业的发展速度立刻提升了几个档次，准确而又廉价的钟表终于进入了寻常百姓家。 哈里森曾经想要把H4的制造工艺申请专利，但考虑到经度委员会出资资助了哈里森几乎所有的研究，即使申请专利的话，主要受益人也应当是经度委员会，而不是哈里森。 但是，无论如何，马斯卡林没有资格做为经度奖金的裁判员。按照常理，他应该回避才是。但是，2万英镑奖金的诱惑实在是太大了，他一直不肯放弃。于是，在他的下，那块在两次航海测验中表现良好的H4不知为何突然变得不准了，而他在指挥工人前往哈里森家搬运H1、H2和H3时，竟然“失手”把H1摔到了地上。而且他也没有安排专用车辆，而是让这三台精密的计时器乘坐一辆没有减震弹簧的马车穿越了整个伦敦市区。 哈里森气坏了。他雇佣了一个写手，自费出版了一本6便士的小册子，声讨马斯卡林和经度 委员会，指责这个机构不公平。 但是，英国毕竟已是一个文明的社会，写成文件的东西谁也无法抵赖。在哈里森交出H4的所有秘密之后，经度委员会兑现了诺言，给了哈里森一半的奖金，除去已经预支给他的研究经费，哈里森实际拿到了7500英镑。 但是，还剩下1万英镑的奖金。经度委员会经过讨论，又出台了新的规定:哈里森要想拿到这笔巨款，必须再制造两台和H4一模一样的航海钟，并且必须通过远洋测试。哈里森想把H4从经度委员会暂借出来，以供自己借鉴，这个要求竟然也被拒绝了。没办法，已经74岁的哈里森只好再一次拿起工具，开始制作H5。3年之后，H5做好了。哈里森又花了2年的时间对它进行调试。等到他终于对结果感到满意的时候，哈里森已经是一个79岁的老人了，他的手开始不听使唤，眼睛也花了，他知道自己这辈子再也不可能制造出另一块航海钟了，可是，马斯卡林还年轻，只要有他在，远洋试验肯定不会顺利，他害怕自己活不到获奖的那一天了。怎么办,他所能想到的能帮他的人只有一个:英国国王乔治三世。 乔治三世一直对科学有着浓厚的兴趣，尤其喜欢天文学。他为自己建造了一个小型御用天文台，经常跑去仰望星空。他还关注过H4，甚至在H4首次远航试验归来时亲自接见了哈里森父子。1772年，哈里森的儿子威廉给乔治三世写了封信，描述了他们所遭受的不公正待遇，并用委婉的口气询问是否可以让H5在御用天文台存放一段时间，让国王亲自检查一下这块表的准确度。 接到信后，乔治国王立刻召见了威廉，并当着大家的面对威廉说:“哈里森，以上帝的名义，我要为你讨回公道～”(By God, Harrison, I’ll see you righted.) 有了国王的支持，哈里森又一次给经度委员会写信，要求得到剩下的钱，结果经度委员会开会讨论后，再一次拒绝了哈里森。委员们拒绝承认御用天文台的结果，坚持采用原来定下的方案，要求航海钟必须经过远航的考验。没办法，哈里森只好又给英国下议院写信，信中暗示国王乔治三世站在自己一边。在国王的压力下，英国国会重新审查了哈里森的情况，最后决定绕过经度委员会，直接从国库里拿出8750英镑做为赏金赏给了哈里森。也就是说，经度委员会直到此时仍然没有承认失败～ 这笔钱虽然不到1万英镑，但关键是哈里森终于被官方承认为解决经度难题的人，这场惊心动魄的经度之战最终以哈里森胜出而告一段落，而此时的哈里森已经79岁了。 回过头来看，这场战役最后的胜利来的并不光彩。胜利的一方动用了政治的力量，干预了一场本来应该属于纯学术范畴的争论。只不过，因为失败的一方也不干净，而且犯规在先，使得后来的人们忘记了这一点。 十七 哈里森最终拿到赏金是在1773年6月。一年前，也就是1772年，英国著名的探险家詹姆斯?库克(James Cook)开始了第二次环球远征。和以往不同的是，库克船长随船携带了大量的德国泡菜，这种咸菜不但不易变质，而且能够为水手提供足够的维生素C。从此，困扰远洋水手多年的坏血病问题终于解决了。 库克的这次远航还有一个任务，就是检验航海钟是否能够禁得起长时间海上颠簸的考验。他 本来想带H4，但经度委员会最终决定让他带上另一位钟表匠拉克姆?肯德尔(Larcum Kendall)花费两年半的时间制作的一块仿制航海钟，后人称之为K1。 三年后，也就是1775年2月，库克船长远征归来，盛赞K1给经度测定带来的方便，把它称为“我最可信赖的朋友”。要知道，库克是一名非常有经验的船长，对月距法十分熟悉。他的第一次远征的目的之一就是试验一下月距法是否有效。他随身携带着马斯卡林编纂的第一本《航海年鉴》，经过试验后发现运用月距法可以把定位精确到40公里以内，这对于当时的帆船来说已经是足够精确了。事实上，库克的船队可以说是人类历史上第一个能够准确测量经度的探险船队，这一优势使得他能够远离固定航道，发现了很多南太平洋上的小岛。他的几次探险之旅为英国后来在南太平洋上的统治地位奠定了坚实的基础。 库克的二次航行既要经过炎热的赤道，又要靠近寒冷的南极地带，气候多变。K1经受了考验。一路上他不断对这两种方法进行比较，发现钟表法不但用起来容易了许多，受天气情况影响小，而且精度也丝毫不差。事实上，正是在K1的帮助下，库克船长绘制了第一张南太平洋海岛的高精度地图。 1776年，库克船长第三次远征时仍然带着K1。可是，这次远征运气不佳，库克被夏威夷岛上的土著杀死了，K1也落入了当地人的手里。当后人找到这块表时，发现它外表依然完好无损，时针仍然停留在库克被害的那个时刻。 库克的成功终于让钟表法扬眉吐气。可是，哈里森却没有活着看到这一天的到来。1776年3月24日，老哈里森去世，享年83岁。做为一个一辈子追求准时的木匠，哈里森去世的日期也相当精确,他是在生日那天去世的。 也许是因为和经度委员会打官司累了吧，自从父亲去世后，威廉就再也没有制作过任何一块表，从此彻底告别了钟表业。 但是经度之战其实还远未结束。因为航海钟造价高昂，很多海员仍然选择廉价的月距法。马斯卡林一直坚持每年出版一本《航海年鉴》，直到1811年去世为止。后来又有人接手了这一工作，将这本年鉴一直出版到了现在。 哈里森死后，肯德尔继续制造航海钟，他制作的K3只花了不到100英镑，把成本降低了5倍。在他之后，英国又涌现出一批新的造表大师。托马斯?马奇(Thomas Mudge)是老一代造表大师“正直的乔治”?格雷厄姆的学徒，他改进了H4的上弦机构，发明了一种新的杠杆式擒纵器，从经度委员会赢得了3000英镑奖金。 但是，真正让航海钟赢得市场的是约翰?阿诺德(John Arnold)和托马斯?恩肖(Thomas Earnshaw)，两人都是商人，致力于航海钟的大规模生产。他俩分别独立地发明了“锁簧式天文钟擒纵器”(Spring Detent Escapement)，为此两人还为专利问题吵了一架。两人的竞争大大降低了航海钟的造价，到了18世纪80年代的时候，阿诺德的航海钟卖80英镑一台，恩肖的则更低，只要65英镑。英国海军专门定购了一大批航海钟，供出航的军舰使用。因为售价低廉，每艘船都可以配备好几个航海钟，当年英国皇家海军的“小猎犬”号在1831年起航时随船携带了22个航海钟，达尔文就是在搭乘“小猎犬”号环球航行时开始构思《物 种起源》一书的。 值得一提的是，月距法一直没有被钟表法彻底打败，海员们一直坚持使用这个方法对航海钟进行必要的校正。可以说，正是这两种方法的合作，才保障了远洋船的安全。 1995年，卫星定位法正式进入商业化时代，远在太空中的24颗定位卫星终于彻底地把航海钟和《航海年鉴》送进了博物馆。 后记 因为马斯卡林的《航海年鉴》一直以格林尼治天文台所在的位置为零经度(子午线)，因此世界各国都不得不认可了这座皇家天文台的权威性。1884年，来自全世界的天文学家在美国华盛顿召开了“国际子午线大会”，正式宣布格林尼治子午线为全球的本初子午线。 因为经度和时间是一对不可分割的“冤家”，因此格林尼治时间也就顺理成章地被定为国际标准时间的零点。格林尼治天文台于1954年退役后，依然保持了为伦敦居民校正时间的传统。直到现在，每天中午1点的时候，天文台屋顶上的一个红色圆球依然会准时落下，给往来于泰晤士河上的船只报告标准的格林尼治时间。 哈里森的4台钟表，以及肯德尔的K1，现在都被格林尼治博物馆收藏，和马斯卡林的《月距表》、《航海年鉴》一起，静静地为游客讲述一个发生在300年前的动人故事。不对，不是“静静的”，因为H1、H2和H3现在依然在走，只是H4因为太过精密，已经停了下来。 300年前的死对头，如今共处一室，共同享受无上的荣耀。