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        哈里森的發(fā)明

        時(shí)間:2023-01-16 勵(lì)志故事 版權(quán)反饋
        【摘要】:直到45歲時(shí),他仍在忠心耿耿地和父親一道研制經(jīng)度時(shí)計(jì),護(hù)送它們?nèi)ミM(jìn)行試驗(yàn),并支持老哈里森挺過與經(jīng)度局打交道時(shí)遭受的種種磨難。考慮到船長艙房中地方狹小,哈里森一開始就將計(jì)時(shí)器的緊湊性作為追求目標(biāo)。有些鐘表史學(xué)家認(rèn)為,杰弗里斯的這個(gè)計(jì)時(shí)器是第一款真正的精密表。
        鉆石計(jì)時(shí)器_經(jīng)度

        黃金珍珠與水晶,

        制成鐘盒多晶瑩。

        盒內(nèi)別有一洞天,

        小小月夜愛煞人。

        ——威廉·布萊克,《水晶鐘盒》

        常言道:羅馬建成,非一日之功。其實(shí),光是羅馬城的一小部分——西斯廷教堂的建造就花了8年時(shí)間,而對它進(jìn)行裝飾又用了11年。從1508年至1512年,米開朗基羅73就是仰臥于腳手架之頂,以《舊約》中的故事為題材,在這個(gè)教堂的拱頂上繪制壁畫。自由女神像從構(gòu)思到鑄成經(jīng)歷了14個(gè)春秋。同樣地,雕刻拉什莫爾山74國家紀(jì)念公園的四大總統(tǒng)像前后也是14年。開鑿蘇伊士運(yùn)河75和巴拿馬運(yùn)河76都用了10年功夫。有證據(jù)表明,從作出將人送上月球的決定到阿波羅登月艙成功著陸也歷時(shí)十載。

        約翰·哈里森制作航海鐘H-3卻花了19年時(shí)間!

        哈里森在沒有什么經(jīng)驗(yàn)的情況下,僅用了兩年就建造了一座塔鐘;他在9年內(nèi)又造出了兩臺具有開創(chuàng)性意義的航海鐘。因此,歷史學(xué)家和傳記作家們沒法解釋他在制作H-3時(shí)為何要花那么長的時(shí)間。我們并不是說工作狂似的哈里森拖延了時(shí)間或分散了精力。實(shí)際上,有證據(jù)表明他除了制作H-3外,別的什么也沒干;他為從事這個(gè)項(xiàng)目基本放棄了其他賺錢的活計(jì),并差點(diǎn)因此毀掉自己的健康和家庭。盡管為了維持生計(jì),他也曾承接過幾臺普通時(shí)鐘的制作工作,但根據(jù)記錄下來的情況,他這一時(shí)期的收入似乎完全得自于經(jīng)度局——他們數(shù)次允許他對最后期限進(jìn)行延期,并給他撥過五次款,每次500英鎊。

        17世紀(jì)創(chuàng)建的皇家學(xué)會,作為享有盛譽(yù)的科學(xué)社團(tuán),在這些艱難的歲月里一直是哈里森的強(qiáng)大后盾。在他的朋友喬治·格雷厄姆和其他一些敬仰他的皇家學(xué)會會員的一再堅(jiān)持下,哈里森曾暫離他的工作臺,接受了1749年11月30日頒發(fā)給他的科普利獎(jiǎng)?wù)?span id="hnpxudo" class="math-super">77。(后來獲得該獎(jiǎng)?wù)碌娜税吮窘苊鳌じ惶m克林、亨利·卡文迪什78、約瑟夫·普里斯特利79、詹姆斯·庫克船長、歐內(nèi)斯特·盧瑟福以及阿爾伯特·愛因斯坦。)

        哈里森在皇家學(xué)會的支持者們向他授予了這枚獎(jiǎng)?wù)隆鳛樗麄兊淖罡攉I(xiàn)禮。后來,他們還提出要授予他皇家學(xué)會會士(Fellowship in the Royal Society)的頭銜,這樣他的名字后面就可以加上享有崇高威望的縮寫“F.R.S.”。但是哈里森婉言謝絕了。他反而請求皇家學(xué)會將他兒子威廉吸納為會員。哈里森肯定知道,會士頭銜要憑科學(xué)成就爭取,一般不能像財(cái)產(chǎn)那樣進(jìn)行轉(zhuǎn)讓,就算是給直系親屬也不行。不過,威廉憑著自己的真才實(shí)學(xué)也于1765年正式入選為皇家學(xué)會會員。

        約翰·哈里森這個(gè)存活下來的唯一的兒子選擇了子承父業(yè)。雖然在制作航海鐘的工作啟動時(shí),威廉還只是個(gè)毛孩子,但H-3卻伴隨他度過了從十來歲到二十幾歲的時(shí)光。直到45歲時(shí),他仍在忠心耿耿地和父親一道研制經(jīng)度時(shí)計(jì),護(hù)送它們?nèi)ミM(jìn)行試驗(yàn),并支持老哈里森挺過與經(jīng)度局打交道時(shí)遭受的種種磨難。

        對于制作包含了753個(gè)單獨(dú)零件的H-3時(shí)面臨的困難,哈里森父子似乎一直保持著平和的心態(tài)。他們從未詛咒過這臺儀器,也沒有因?yàn)樗娜チ怂麄冞@么多年的心血而感到懊悔。約翰·哈里森在回顧自己職業(yè)生涯的里程碑時(shí),反而因?yàn)镠-3給了他鐵的教訓(xùn)而滿懷感激。他曾這樣寫到H-3:“若不是通過和我的第三臺機(jī)器打的這些交道……我怎么可能知道世上還會有這么意義重大的一件事,又怎么可能做出這么有用的一個(gè)發(fā)現(xiàn)呢……花在我精致的第三臺機(jī)器上的這些金錢和時(shí)間都是完全值得的。”

        哈里森在H-3中引入的一項(xiàng)創(chuàng)新,在如今的恒溫器和其他一些溫控設(shè)備中還能找到呢。它的名字毫無詩意,就叫作雙金屬片。雙金屬片類似烤架擺,但性能更好,能更迅速地對任何可能影響時(shí)鐘走速的溫度變化進(jìn)行自動補(bǔ)償。盡管哈里森在前兩臺航海鐘里已放棄使用鐘擺,但他還是保留了用銅條和鐵條組合成的“烤架”,安在平衡器附近,以便實(shí)現(xiàn)免受溫度波動影響的時(shí)鐘。如今,他專為H-3制作了這個(gè)簡單樸實(shí)的金屬片——由黃銅薄片和鋼鐵薄片鉚合而成——來達(dá)到同樣的目的。

        哈里森為H-3研制的一個(gè)新奇的防摩擦器件也沿用至今,那是帶夾圈的滾球軸承(caged roller bearing)。如今,幾乎所有帶運(yùn)動部件的機(jī)器都因?yàn)榘惭b了這種軸承得以平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。

        H-3在這三臺航海鐘中是最輕的,只有60磅重——比H-1輕了15磅,而比H-2輕了26磅。H-3不再使用每頭帶5磅銅球的啞鈴狀平衡杠,而代之以兩個(gè)大的圓形平衡器。這兩個(gè)平衡器一個(gè)裝在另一個(gè)上方,彼此用金屬帶相連,并由一根螺旋彈簧控制著。

        考慮到船長艙房中地方狹小,哈里森一開始就將計(jì)時(shí)器的緊湊性作為追求目標(biāo)。不過,他從來沒有想過要制作可以放在船長衣袋中的經(jīng)度手表,因?yàn)榇蠹叶贾?,手表不可能達(dá)到時(shí)鐘那么高的精度。H-3比較小巧,只有兩英尺高、一英尺寬。按哈里森1757年完成這項(xiàng)工作時(shí)的技術(shù)水平來衡量,這差不多已是一臺航海鐘所能達(dá)到的最小尺寸了。盡管哈里森并不覺得H-3的性能有多令人振奮,但他認(rèn)為它的體積已經(jīng)夠小了,可以讓船上的其他物件擺放得井井有條了。

        一次極偶然的機(jī)緣巧合——如果你相信機(jī)緣這么回事——改變了他對這個(gè)問題的看法。他在倫敦結(jié)識了形形色色的工匠,并將經(jīng)度時(shí)計(jì)所需要的各種銅器和專業(yè)性細(xì)活都直接外包給他們。這些工匠中有一個(gè)叫約翰·杰弗里斯(John Jefferys)的人,他是鐘表商名家公會的“自由人”80。1753年,杰弗里斯為哈里森制作了一塊供他個(gè)人使用的懷表。杰弗里斯顯然遵循了哈里森的設(shè)計(jì)指標(biāo),因?yàn)樗谶@塊表內(nèi)安裝了一個(gè)小小的雙金屬片,從而保證它不管天冷天熱都能準(zhǔn)確走時(shí)。溫度每變化一度,當(dāng)時(shí)的其他手表都會變快或變慢十秒左右。此外,所有早先的手表在上發(fā)條時(shí)要么停走要么反走,而這一塊表包含了值得夸耀的“儲能器件”,因此在上發(fā)條的同時(shí)也可以正常走時(shí)。

        有些鐘表史學(xué)家認(rèn)為,杰弗里斯的這個(gè)計(jì)時(shí)器是第一款真正的精密表。隱喻性地說,哈里森的名字遍布了整塊表的里里外外;而實(shí)際情況是,只有約翰·杰弗里斯在表蓋上簽上了自己名字。(這塊表至今還保存在鐘表匠博物館中。說起來真是個(gè)奇跡,因?yàn)檫@塊表曾被鎖在一個(gè)珠寶店的保險(xiǎn)柜里,而該店在“二戰(zhàn)”的不列顛戰(zhàn)役期間被炸彈直接擊中,致使它在接下來的十天里又被埋入灼熱的建筑物瓦礫中備受烘烤。)

        結(jié)果證明這塊表走時(shí)奇準(zhǔn)。哈里森的后代們回憶,他一直將它裝在衣袋里。這塊表的身影也時(shí)時(shí)閃現(xiàn)在他的腦海中,讓他琢磨著如何縮小航海鐘的尺寸。1755年6月,他在照例就H-3最近一次的延遲向經(jīng)度局作出解釋時(shí),提起了杰弗里斯制作的這塊手表。由那次會議的紀(jì)要可知,哈里森說過,根據(jù)一塊“已經(jīng)按他的指導(dǎo)生產(chǎn)出來的”手表——即杰弗里斯制作的那塊手表——他有“較充分的理由相信,這么小的機(jī)器說不定也可以……對測定經(jīng)度起很大的幫助作用”。

        1759年,哈里森完成了那塊最終為他贏得經(jīng)度獎(jiǎng)金的H-4。這臺時(shí)鐘在外形上更像杰弗里斯制作的那塊手表,而不是像它正統(tǒng)的前輩H-1、H-2和H-3。

        作為大個(gè)的銅制航海鐘系列的后繼者,H-4像從魔術(shù)帽中扯出的兔子一樣讓人感到驚訝不已。盡管它直徑達(dá)到了5英寸,當(dāng)懷表是大了點(diǎn);但是,在航海鐘里,它可是個(gè)不折不扣的小不點(diǎn),而且它的重量也僅為3磅。H-4裝在一副銀表盒內(nèi),高雅的白色表面上用黑線醒目地描出4幅式樣相同的圖案,其主題為花哨繁復(fù)的水果與葉子。這些圖案環(huán)繞著表盤上表示小時(shí)的羅馬數(shù)字和表示分秒的阿拉伯?dāng)?shù)字,中間3根青鋼表針無誤地指示出正確時(shí)間。人們很快就意識到,這塊表簡直就是優(yōu)雅和精確的化身。

        哈里森很鐘愛這塊表,并用比他表達(dá)其他思想時(shí)清晰得多的話語說:“我想我可以斗膽地說,世界上沒有哪一個(gè)機(jī)械的或數(shù)學(xué)的東西,在構(gòu)造上比我這塊表或經(jīng)度時(shí)計(jì)更漂亮或精美了……我要衷心地感謝萬能的上帝,總算讓我活到了完成它的那一天?!?/p>

        在這個(gè)神奇的儀器內(nèi)部,零部件看起來比外表還要可愛。就在銀表盒下面,有一塊鏤空雕花的平框架,保護(hù)著藏在密密麻麻的花哨雕飾后面的機(jī)件。這些設(shè)計(jì)除了讓觀察者眼花繚亂之外,并沒有實(shí)際的用處??拷娇蚣苓吔绲牡胤?,寫著醒目的簽名“John Harrison&Son A.D.1759”(約翰·哈里森父子于公元1759年)。而在平框架之下,位于轉(zhuǎn)動的齒輪之間的鉆石和紅寶石被用來消除摩擦。這些經(jīng)過精心切割的小寶石,代替了哈里森原來那些大時(shí)鐘里的防摩擦齒輪和機(jī)械“蚱蜢”。

        哈里森是如何掌握給他的鐘表裝上寶石這項(xiàng)技術(shù)的,這是H-4最撩人的秘密之一。哈里森關(guān)于這塊表的描述,只是簡單的一句聲明:“推桿81是鉆石的?!彪S后他并沒有作出進(jìn)一步的解釋,比如為什么選用這種材料,以及怎樣將這些寶石弄成這種至關(guān)重要的形狀。由制表匠和天文學(xué)家組成的委員會曾將這塊表拆開檢查并反復(fù)進(jìn)行了測試。即使在那段充滿磨難的歲月里,也沒有留下任何針對鉆石部件進(jìn)行提問和討論的記錄。

        如今,H-4被莊嚴(yán)地陳列在國家海洋博物館的展覽柜里,每年都吸引著數(shù)以百萬計(jì)的游客前往參觀。大多數(shù)的游客都是在參觀過H-1、H-2和H-3的展柜后,才過來看這塊表的。無論是大人還是小孩,都會像受了催眠一樣呆呆地站在那些大個(gè)的航海鐘前面。他們會跟著H-1和H-2那如節(jié)拍器般搖擺的擺式平衡器,左右轉(zhuǎn)動著腦袋;他們會隨著有規(guī)律的嘀嗒聲呼氣吸氣;偶爾還會因?yàn)閺腍-2底部伸出的單葉風(fēng)扇突然開始轉(zhuǎn)動,而嚇得喘不過氣來。

        然而H-4卻會讓他們?nèi)戆l(fā)冷地停住。它原本想要表明這是一系列有序的思想和努力的結(jié)果,但是給出的結(jié)論卻讓人感覺完全不合乎邏輯。而且,它還處于靜止?fàn)顟B(tài),跟前面看到的那些急速轉(zhuǎn)動著的時(shí)鐘形成了鮮明的對比。它的機(jī)芯隱藏在封閉的銀表盒里面,而它的表針也凝固不動了。甚至連秒針也一動不動。H-4現(xiàn)在不走時(shí)了。

        如果管理員同意,H-4還是可以走時(shí)的,但是他們不愿意這么干,因?yàn)镠-4現(xiàn)在享有崇高的地位,像一個(gè)神圣的遺跡或一件無價(jià)的藝術(shù)珍品,要好好留存給后人。讓它走時(shí)也許會毀壞它。

        在上足發(fā)條后,H-4一次可以走30個(gè)小時(shí)。也就是說,它跟那些大個(gè)航海鐘一樣,也要每天上發(fā)條。但是跟那些大個(gè)子前輩不同,H-4可經(jīng)不起人們天天折騰了。事實(shí)上,這塊常被譽(yù)為“史上頭號重要計(jì)時(shí)器”的H-4,已給出了無聲而有力的證據(jù),表明它因?yàn)樘軞g迎而備受摧殘。就在50年前,它還待在帶墊子和發(fā)條鑰匙的原裝表盒里??墒沁@些年里它們?nèi)o弄丟了,就丟在H-4的使用過程中——人們將它從一個(gè)地方轉(zhuǎn)移到另一個(gè)地方,展覽它,給它上發(fā)條,讓它走時(shí),清洗它,再轉(zhuǎn)移它。1963年,在得過丟失表盒這一令人警醒的慘痛教訓(xùn)之后,H-4還是作為展品之一,前往美國參加了華盛頓海軍天文臺的一次展覽。

        哈里森的大個(gè)航海鐘,跟他那座位于布羅克萊斯比莊園的塔鐘一樣,“本錢”雄厚,受得住經(jīng)常性的使用,因?yàn)樗鼈冊谠O(shè)計(jì)上都具有無摩擦的特性。它們都體現(xiàn)了哈里森在通過仔細(xì)選擇和安裝部件來消除摩擦方面所作出的開創(chuàng)性工作。但是,就連哈里森也沒能在制作H-4時(shí)將防摩擦齒輪和帶夾圈的滾珠軸承小型化。因此,他不得不給這塊表上潤滑油。

        用于潤滑鐘表的潤滑油,經(jīng)常會將機(jī)件弄得臟兮兮的,因此得定期保養(yǎng)才行(哈里森所處的時(shí)代如此,今天也還是如此)。當(dāng)潤滑油滲入機(jī)芯中,它會改變黏度和酸堿度,到后來它不僅沒法再起潤滑作用,反而會滯留在機(jī)芯內(nèi)部的角落中,大有讓鐘表停擺的危險(xiǎn)。因此,為了保證H-4持續(xù)工作,維修人員要定期對它進(jìn)行清洗,大約每3年一次;而清洗過程要求將所有的部件完全卸下來——而且不管維修人員如何小心翼翼,也不管帶著多少敬畏之心,用鑷子進(jìn)行操作時(shí),還是會有損壞某些部件的風(fēng)險(xiǎn)。

        而且,運(yùn)動部件即使一直處于潤滑狀態(tài),還是會不斷地受到摩擦,遲早會出現(xiàn)磨損,最后人們不得不將它替換掉。照自然磨損過程的速度估計(jì),管理員擔(dān)心用不了3~4個(gè)世紀(jì),H-4就會變得面目全非,完全辨認(rèn)不出哈里森在3個(gè)世紀(jì)前將它交到我們手里時(shí)的模樣。不過,以它目前這種“假死”狀態(tài)來看,H-4可能有望長期得到妥善保存,雖然具體能有多長的壽命還不得而知。預(yù)計(jì)可以延續(xù)幾百年乃至幾千年——基于這一未來,我們可以恰當(dāng)?shù)貙⑦@個(gè)計(jì)時(shí)器稱為鐘表學(xué)上的《蒙娜·麗莎》或《夜巡》82

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