书城科普读物走进科学丛书:不可思议的发现
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第66章 悬赏两万英镑的发明

1993年,英国发行了一枚图案是一块怀表的邮票,上面写着:“约翰·哈里森(1693-1776)制成第4号钟。”很多怀表都比这块怀表漂亮,为什么英国人会对它情有独钟呢?英国人又为什么会对一个“钟表匠”诞生300周年如此看重呢?这还得从头说起。

1714年7月,英国政府通过“经度法”悬赏奖励用各种方法测准地球经度的人:精度在0.5°以内的奖2万英镑(约合当今120万美元,即约1000万元人民币),0.67°和1°以内的奖分别1.5万和1万。由政府同年成立的经度委员会负责奖金的管理、发放,实际褒奖和资助发明者的支出超过10英镑,该委员会于1828年撤销。

为什么要巨额悬赏来征集这一发明呢?

原来,当时“大英帝国”是航海大国,17世纪末就有300艘战舰、商船往来于不列颠群岛和西印度群岛之间。但常因船队无法精确测定经度,被迫在海中长期漂泊,于是患坏血病而死或发生海难而亡的人不计其数。1707年,一支英国舰队就因为经度测定、推算有误,加之大雾垂海,便触礁沉没,使2000多人葬身鱼腹。因此,测准航船经度,进而确定航船位置便成了航海家甚至政府高度重视的课题。

可是,测准经度并非易事。从150年古希腊天文学家托勒密在他的第一本绘有27幅地图的地图集里绘上经度线开始,就没人能解决这一问题,包括使人振聋发聩的“天才”级人物——伽利略、牛顿。但是,人们已经有了正确的思路。地球24小时转360°,那么1小时就转15°。因此,“测经度”就转化为“测时间”。于是发明准确的计时器——天文钟就迫切地摆在发明家们的面前。

但发明准确的天文钟也非易事。因为当时广泛使用的是摆钟,它有一些致命的缺点:会因重力加速度的变化而变得不准,温度变化也影响走时准确。因此,要准确计时就必须有突破性的改进或另辟蹊径。

木匠的儿子约翰·哈里森是个自学成才的钟表机械爱好者,他决心作出这一发明。他用发条作动力,设法将摩擦减少到最低限度,采用受温度变化影响很小的双金属片,终于在1735年研制出“哈钟1号”。这只钟像一台大机器,至今还保存在格林尼治天文台里。这只钟取得了初步的成功,在3个星期的航海中,误差仅4分钟,平均每天误差仅约11秒。虽然它还没有达到悬赏的要求,但比以前的钟准确多了,为此英国政府奖励哈里森500英镑。于是他信心大增,相继制成“哈钟2号”和“哈钟3号”。

1759年,年已66岁的哈里林经过40年的奋斗,终于在他儿子的协助下造出“哈钟4号”。

这只钟直径约5英寸(约13厘米),质量1.35千克。有时、分、秒针各一枚,3枚针均横在同一搪瓷盘上,由一个圆形钢摆轮控制,用发条作“维持力”。在他儿子威廉的照管下,这只钟在开往西印度群岛的皇家军舰“哈普福号”上航行了6个星期,只慢了5秒(这5秒误差是在仪器原定每天慢秒的误差之外的),这显然已超过了悬赏的要求。1764年,它又经受了开往巴巴多斯航船上的考验,再次证实了获奖资格。不过,经度委员会却要哈里森解释它的结构,并证明其他钟表匠也能按同一方法造出同样精确、可靠的钟后,才肯全数发给奖金。于是双方为此发生了难以调解的争吵,国王乔治三世支持哈里森向议会上诉。1773年,哈里森还是在生前如愿以偿地全数得到了所欠他的2万英镑余额。“哈钟4号”至今还珍藏在格林尼治天文台,被称为“天下第一钟”。它加速了英国对海洋的控制,成就了“日不落帝国”的海霸业,所以英国人对“哈钟4号”偏爱有加,在300年后为哈里森发行邮票便不足为奇了。

在十七十八世纪,许多沿海国家都用悬赏的方法来吸引发明家解决经度测量工具(当时是计时器)的问题,例如法国也于1716年悬赏10万法郎。“重赏下面必有勇夫”,所以这一时期钟表的研究有很大的发展。

当今的计时器已远非“哈钟4号”所能比拟:1998年超冷铯原子钟的建立,使计时精确度达到10阿秒级——大约二三十亿年才差一秒!