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約翰·哈里森（John Harrison）出生在英格蘭約克郡的一個(gè)木匠家庭,，從小就學(xué)會了高超的木工手藝,。他還對機(jī)械尤其是鐘表的構(gòu)造有著濃厚興趣。20歲以前,，哈里森就獨(dú)立做出了一臺零件幾乎全部由木料制成的走時(shí)精確的擺鐘,。 自學(xué)成才的優(yōu)勢在于可以在一定程度上擺脫科班人才的思維定勢，還能觸類旁通地運(yùn)用其他學(xué)科門類的知識解決難題,。斜刺里殺入世界鐘表史的哈里森不到而立之年已經(jīng)闖出了名氣,，他為客戶制作的一架無須上油維護(hù)的塔鐘至今仍然運(yùn)轉(zhuǎn)如常。在制表過程中,，哈里森經(jīng)常在工藝和機(jī)件設(shè)計(jì)方面有一些獨(dú)具匠心的發(fā)明,。韌性、經(jīng)驗(yàn)和發(fā)明累積起來,，最終成就了他航海鐘表領(lǐng)域歷史第一人的地位,。 以下圖片全部來自網(wǎng)絡(luò) 1. 1725-1727年之間，哈里森和弟弟合作制造了兩臺落地座鐘,，鐘里用到了他發(fā)明的新式無摩擦擒縱器,，它運(yùn)動(dòng)時(shí)很像螞蚱蹬腿，故而得名“螞蚱擒縱器”（Grasshopper Escapement）,。擒縱器的作用是將發(fā)條提供的動(dòng)力均勻地傳遞給鐘表指針,，“螞蚱擒縱器”極大地減少了鐘表運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦力，這個(gè)發(fā)明成為他后來制造航海鐘的重要技術(shù)儲備  哈里森是在34歲時(shí)開始考慮發(fā)明一臺航海鐘的,，經(jīng)過4年思考,，他想出了一套成熟的不用鐘擺的制表辦法。在倫敦,，他見到了經(jīng)度委員會的成員,、第二任格林尼治天文臺臺長哈雷?？戳怂脑O(shè)計(jì)原理圖，哈雷覺得此事靠譜,，并推薦他去見倫敦著名的鐘表制造大師喬治·格拉漢姆（George Graham）,。結(jié)果，后者對這個(gè)設(shè)計(jì)構(gòu)想大為贊賞：“嗯,，行,！很好，很好,！”,。這位正直的大師還無償借給哈里森一大筆錢，用以實(shí)現(xiàn)這個(gè)設(shè)計(jì),。 1735年,，飽含哈里森六年心血的第一代航海鐘問世了,，后人用其姓氏的第一個(gè)字母將它命名為H1。這臺將近70斤重的大家伙經(jīng)受住了海上實(shí)地檢驗(yàn),，還在不期而遇的驚濤駭浪中幫實(shí)驗(yàn)船找到了正確的回家之路,。但哈里森是一個(gè)精益求精的人，在1737年經(jīng)度委員會召開的論證會上,，他自己提出了H1的若干設(shè)計(jì)小缺陷,，并要求委員會貸款給他再造出一臺更好的鐘。 2. H1  3. 分散的H1  4年之后,，80多斤重的H2問世了,。它和H1的制作過程中，哈里森的弟弟詹姆斯·哈里森也做了大量工作,。但哈里森依然覺得這個(gè)作品不完美,，旋即從經(jīng)度委員會申請到新的貸款開始投入H3的研制工作。從這時(shí)起,，他的兒子威廉成為他新的助手,。包括他自己在內(nèi)的所有人都沒有想到，研制H3竟然用了將近20年,。除了完成客戶定制的幾架普通時(shí)鐘之外,，這些年哈里森把心血都花在了H3上。與兩位前輩相比,，H3的體積大大減小,，重量也首次被控制在60斤以下，但不幸的是它的走時(shí)精度達(dá)不到獲獎(jiǎng)水平,。但收獲還是有的,，H3用到的兩項(xiàng)關(guān)鍵發(fā)明直到今天還有著廣泛應(yīng)用，其中一項(xiàng)是大家熟悉的帶夾圈滾珠軸承,。穿著用八個(gè)滾珠軸承做成的一雙旱冰鞋在路上飛馳會得到什么評價(jià)呢,？沒錯(cuò)——“看，哪吒,！” 4. H2  5. H3  6. 現(xiàn)在的帶夾圈滾珠軸承  面對失敗,，哈里森并未退縮。同時(shí),，目光敏銳的他還從自己訂制的一塊懷表上得到了新的啟發(fā),。按照哈里森的設(shè)計(jì)，制表匠人在懷表上運(yùn)用了H3上的新發(fā)明,，結(jié)果走時(shí)奇準(zhǔn),。也就是說，如果方法得當(dāng)，航海鐘還能做得更小一些,。5年之后,，劃時(shí)代的H4問世了，它已經(jīng)可以被稱為航海表,，不但重量僅有不到3斤,，而且更符合人們頭腦中表的概念，它其實(shí)就是一塊直徑13厘米的大號懷表,，估計(jì)綠巨人那樣身材的人用著正合適,。 7. H4  8. H4內(nèi)部結(jié)構(gòu)極為精巧，以至于不得不需要使用潤滑油  1761年11月,，經(jīng)度委員會開始正式驗(yàn)證H4的精確度,。威廉·哈里森帶著H4登上了開往牙買加的驗(yàn)證船。實(shí)踐證明,，從樸茨茅斯到牙買加三個(gè)月的航程中,，H4只慢了5秒鐘，在往返一共五個(gè)多月的時(shí)間里,，H4慢了不到2分鐘,。地球24小時(shí)自轉(zhuǎn)360度，1小時(shí)轉(zhuǎn)15度,，1/2度合2分鐘,。所以，H4的精度完全符合獲得經(jīng)度委員會頭等獎(jiǎng)的設(shè)定條件,。 9. 瑞士芝珀表（Girard Perregaux）推出過一款哈里森紀(jì)念表,，表盤上是一幅大西洋海圖，上面繪出了驗(yàn)證H4時(shí)從英格蘭樸茨茅斯（Portsmouth）到牙買加皇家港（Port Royal）的航海路線,，表背面的玫瑰金擺舵上刻著航海日期1761-1762和哈里森的名字  雖然前后經(jīng)歷了漫長的30年,，但要是哈里森就此能順利拿到獎(jiǎng)金，人類用鐘表計(jì)算經(jīng)度的探索史還是顯得太過順利了,。此時(shí),，成為阻礙的是經(jīng)度委員會本身。 牛頓曾預(yù)言說,，計(jì)算經(jīng)度的鑰匙只可能隱藏在星空里,。他的話代表了當(dāng)時(shí)的主流觀點(diǎn)，人們大多認(rèn)為,，日月星辰是上帝賜予人類的天然時(shí)鐘,，它們的最大優(yōu)點(diǎn)是永遠(yuǎn)走時(shí)精確,。因此,，為了評判參賽者的方案，經(jīng)度委員會委員及其他評審專家大多是天文學(xué)家，他們既不大懂得機(jī)械時(shí)鐘的運(yùn)行原理,，也對人造機(jī)械的可靠性抱有成見,。更何況有的委員自己就很想得到這筆巨獎(jiǎng)，比如出版《不列顛海員指南》的那位格林尼治天文臺臺長馬斯卡林,。 憑借職權(quán)之便,，經(jīng)度委員會非常努力地利用了“經(jīng)度法案”的條文限制。他們要求哈里森公開H4的設(shè)計(jì)思路和圖紙,，并將H1—H4的所有權(quán)全部移交給經(jīng)度委員會,。哈里森屈服之后終于拿到了一半獎(jiǎng)金，扣除幾次預(yù)支的制表經(jīng)費(fèi)后實(shí)際到手7500英鎊,。委員會提出,，獲獎(jiǎng)方法應(yīng)當(dāng)具備可復(fù)制性，以便在海事領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,，因此,，哈里森必須再做出兩個(gè)H4的副本才能得到其余一半獎(jiǎng)金。在此期間,，馬斯卡林在格林尼治天文臺對H4做了帶有折磨性質(zhì)的各種測試,，然后心滿意足地宣布這表其實(shí)根本不準(zhǔn)。 10. 經(jīng)度委員會出版的哈里森H1-H4設(shè)計(jì)原理書  11. 書中描繪H4工作原理和設(shè)計(jì)圖的手稿  無可奈何的哈里森父子只得再次投入工作,，他們將借H4回家作為制作參照的申請也遭到駁回,。三年之后，H4的副本H5做好了,，與此同時(shí),，經(jīng)度委員會也找來著名制表匠拉克姆·肯德爾（Larcum Kendall）按H4的圖紙復(fù)制了一塊，這塊與H4完全一樣的表被稱為K1,。庫克船長在第二次環(huán)球航行中檢驗(yàn)了K1的精確度,，并將其譽(yù)為“我們從不失靈的鐘表向?qū)А薄?779年2月14日，庫克船長在第三次環(huán)球航行途中被夏威夷島上的土著人殺死,，他隨身帶的K1也被搶走,，不過船員們很快又找回了這塊表。后來K1還曾跟隨不同主人在海上為大英帝國建功立業(yè),，從1802年至今,，它一直是格林尼治國家海事博物館的收藏。 12. H5 13. K1的正面與H4幾乎一模一樣 14. 這幅油畫作于1776年,，描繪的是庫克船長船隊(duì)第二次環(huán)球航行途中,，兩艘勘測船停泊在塔希提的Matavai灣。庫克船長本人在這里成功地觀測了金星凌日現(xiàn)象 K1的成功表明H4,、H5的精度肯定毫無問題,，但年近八旬的哈里森實(shí)在沒有精力和體力制作K6了，而且也沒有多少時(shí)間再和馬斯卡林就H5的測試問題扯皮。為了討還公道,，他不得不上書英王喬治三世,，請求將H5放在國王的私人天文臺進(jìn)行測試。經(jīng)過測試,，H5每天的走時(shí)誤差不超過1/3秒,，但經(jīng)度委員會拒絕承認(rèn)這一結(jié)果，堅(jiān)持認(rèn)為只有經(jīng)受航海實(shí)地檢驗(yàn)才算數(shù),。在這種情況下,，哈里森的成就又被提交到國會討論，最終國會撥款8750鎊盡量補(bǔ)足了哈里森應(yīng)得的另一半獎(jiǎng)金,。更重要的是,，這意味著哈里森的航海鐘獲得了官方認(rèn)可，他成為唯一一個(gè)獲得“經(jīng)度法案”頭等獎(jiǎng)的人,。 15. 位于英格蘭里士滿的喬治三世御用天文臺 獲獎(jiǎng)3年之后,，老哈里森離開了人世。他離去的日期最后一次體現(xiàn)了這位時(shí)間測量者的本色——1776年3月24日,，他83歲生日那天,。 16. 在2002年BBC評出的“100位最偉大英國人”中，哈里森位列第39名,。這幅肖像畫中他手里拿的就是H4 17. 哈里森被安葬在倫敦漢普斯特德的圣約翰教堂（the Parish Church of St John-at-Hampstead） 18.哈里森在倫敦的故居位于“紅獅廣場”（Red Lion Square）附近,，離Euston火車站不遠(yuǎn)，這是他故居外懸掛的紀(jì)念銘牌 19. 2006年3月24日,，一塊哈里森紀(jì)念地磚被鑲嵌在西敏寺的地面上,，上面還有一道經(jīng)度線 20. H4紀(jì)念郵票 月距法和時(shí)鐘法競爭了幾十年，其實(shí)兩者各有優(yōu)勢也各有不足——在看不到月亮的夜里,，月距法肯定用不上,，而量產(chǎn)的航海鐘也難免有幾塊存在質(zhì)量問題走不準(zhǔn)的；另一方面,，成本500英鎊的H4不是每艘船都配得起的,，要知道，蓋一個(gè)格林尼治天文臺也不過就花了這么多錢,，而一架八分儀加一本《航海年鑒》的售價(jià)就便宜多了,。好在隨著投入量產(chǎn)以及鐘表師傅們不斷加以改良，航海鐘的價(jià)格一直穩(wěn)步下降,。后世的海船上也都盡量同時(shí)配備這兩套經(jīng)度測量辦法,，而且在航海鐘配合下使用月距法會簡單得多。即便在廣泛應(yīng)用GPS系統(tǒng)的今天,，用月距法和時(shí)鐘法測量經(jīng)度仍然是海員們的必備基本功,。 21.20世紀(jì)初,，大批量生產(chǎn)的精準(zhǔn)計(jì)時(shí)工具已經(jīng)很便宜。這是美國Ingersoll公司生產(chǎn)的懷表,，基本款每塊只賣1美元，故而得名“Ingersoll Dollar Watch”,，僅1910年一年就賣出350萬塊 22. Ingersoll Dollar Watch的廣告 23. 在距離Ingersoll Dollar Watch時(shí)代100年后的今天,，科技進(jìn)步使計(jì)時(shí)器的精度達(dá)到了天文數(shù)字級別。這是美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）研制的原子鐘“NIST-F1”,，精度達(dá)到2000萬年內(nèi)誤差1秒,，用于美國標(biāo)準(zhǔn)時(shí)報(bào)時(shí)之用，它基本上是目前世界上最準(zhǔn)的鐘表,。NIST正在研制F2,，精度將達(dá)到6000萬年誤差1秒。據(jù)說科學(xué)家的新目標(biāo)是研制140億年誤差1/20秒的時(shí)鐘,，從宇宙大爆炸到現(xiàn)在剛好差不多140億年 24. 實(shí)際上我們每個(gè)人都可以使用NIST-F1——在聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下雙擊Windows系統(tǒng)桌面右下角的時(shí)鐘,，選擇“Internet時(shí)間”之后點(diǎn)“立即更新”就可以對表了 回想起來，各方競逐經(jīng)度獎(jiǎng)的過程中有這么幾點(diǎn)值得一提：一是格林尼治的天文學(xué)家們不用評職稱,，每年也沒有發(fā)論文的任務(wù),，于是弗拉姆斯蒂德才能踏踏實(shí)實(shí)地連續(xù)看38年星星；二是哈里森也很實(shí)在,，憑他的手藝,，想接鐘表訂單絕對有的是，但他拿了經(jīng)度委員會撥的貸款之后真是一心玩命干活,；三是大家干活兒都很有耐心和毅力,；四是國王親自證明H5走時(shí)精確，經(jīng)度委員會竟敢拒不承認(rèn),。即便后來國會開會認(rèn)可了哈里森的成績,，但他們也拿經(jīng)度委員會沒轍。 不過,，經(jīng)度委員會中某些人的私心確實(shí)很重,，即便往好里說，他們對哈里森航海鐘的成見和偏見也實(shí)在有違科學(xué)精神,。經(jīng)度委員會拿到哈里森制作的四臺航海鐘表之后,，一直疏于維護(hù)，馬斯基林死后更是被人們遺忘在一間陰暗的儲藏室里,。1836-1840年,，這四臺鐘表得到一次清洗的機(jī)會，之后又被束之高閣,。1920年,，一個(gè)名叫魯伯特·古爾德（Rupert Gould）的海軍少校決心出面拯救它們,。他沒接受過任何鐘表制作和維修的訓(xùn)練，只能便干邊學(xué),，結(jié)果一共花了13年時(shí)間才讓四臺鐘表重新準(zhǔn)確地走起來,。在此過程中，記載鐘表結(jié)構(gòu)和拆卸安裝步驟的文字和圖畫寫滿了18個(gè)筆記本,，而且他還復(fù)制了一些零件才讓H1得以重新正常運(yùn)轉(zhuǎn),。 25. 魯伯特·古爾德在修復(fù)H3 26. 魯伯特·古爾德后來出版了一本描述H1-H4內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理的書 長期看不到陸地的水手們終于有了可靠的定位方法，遠(yuǎn)洋船舶從此可以在各大洋間任意馳騁,。但這還不算完,，長期以來，一些國家,，比如法國,、挪威、丹麥,、西班牙,、俄羅斯等等，分別制定了本國使用的0度經(jīng)線,。隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步以及國際經(jīng)濟(jì)貿(mào)易的進(jìn)一步發(fā)展,，0度經(jīng)線不統(tǒng)一造成的麻煩越來越明顯。因此,，在全世界統(tǒng)一0度經(jīng)線的定義成為人們面對的下一個(gè)任務(wù),。 工業(yè)革命以前，陸地上最快的交通工具是馬車,，這時(shí)候時(shí)差還不算什么問題,。火車出現(xiàn)之后問題就來了,，像英國這樣?xùn)|西陸地端點(diǎn)時(shí)差只有半個(gè)小時(shí)的國家也還好,，但對于美國這樣?xùn)|西海岸時(shí)差超過三小時(shí)的國家來說，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間,，各地的旅客就沒法及時(shí)去趕火車,更不要說可能發(fā)生的撞車危險(xiǎn),。 19世紀(jì)40年代，英國鐵路公司已經(jīng)制定出了以格林尼治時(shí)間為準(zhǔn)的鐵路時(shí)刻表,。1883年11月18日,，美國鐵路公司正式開始以穿過紐約的經(jīng)線（也就是現(xiàn)在的西經(jīng)75度線）上的正午12點(diǎn)作為時(shí)間基準(zhǔn)來執(zhí)行鐵路運(yùn)行圖。也是在此時(shí),，加拿大太平洋鐵路的首席工程師桑福德·弗萊明（Sandford Fleming）提出了設(shè)立國際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的設(shè)想,。 27. 19世紀(jì)后期美國出版的以華盛頓時(shí)間為基準(zhǔn)的主要城市時(shí)差對照表 在解決了一些技術(shù)問題之后，1884年10月,，來自25個(gè)國家的代表參加了在美國華盛頓召開的國際子午線會議,。經(jīng)過投票表決,，最終以22票支持、1票反對,、2票棄權(quán)的結(jié)果決定以格林尼治子午線為國際統(tǒng)一的0度經(jīng)線,。不難想象，其中并沒有大清國的代表,，這個(gè)東方古國從大明帝國時(shí)代就開始了海禁,，要那經(jīng)線何用呢。即使有簡陋的天文臺,，有領(lǐng)先于世界的天文觀測記錄，那些也不過是為帝王提供占星服務(wù)的工具和副產(chǎn)品,。 28. 國際子午線會議關(guān)于“本初子午線”的決議文本 格林尼治子午線化身成為本初子午線（Prime Meridian）的歷程,，從1676年格林尼治天文臺落成時(shí)就開始了。第一任臺長弗拉姆斯蒂德制作北半球星表的時(shí)候,，就是在天文臺上空畫了一條假想的線,，來觀察星星的移動(dòng)。第五任臺長馬斯基林在世的時(shí)候,，編輯出版了49期《航海年鑒》,，他去世后這本手冊也還在繼續(xù)出版?！逗胶Ｄ觇b》中給出的月距表都是以格林尼治子午線為基準(zhǔn)計(jì)算出來的,，因此，全世界大多數(shù)海員也都習(xí)慣了用格林尼治子午線作為給船只定位的參考線,。1851年,，第七任臺長喬治·艾里爵士（Sir George Biddell Airy）使用子午儀重新定義了格林尼治子午線的準(zhǔn)確位置。從那以后,，選擇這條線作參照的國家進(jìn)一步增加,。到1879年，全世界有95.5%的船只都選擇用格林尼治子午線確定方位和時(shí)間,。 29. 工作中的艾里爵士 所以說,，將格林尼治子午線確定為本初子午線與大英帝國的海上霸主地位既有關(guān)系也沒有關(guān)系。說有關(guān)系是因?yàn)檫@條線以及經(jīng)度計(jì)算方法都是在其稱霸世界海洋的過程中產(chǎn)生的,。掌權(quán)者崇尚科學(xué)的態(tài)度,，科學(xué)家、發(fā)明家們的創(chuàng)新精神,，商人們逐利本性的驅(qū)動(dòng),，都是催生本初子午線的動(dòng)力。至于說和大英帝國的霸權(quán)沒有關(guān)系,，是因?yàn)樽罱K決議是公開投票的結(jié)果,，這條線的確定算得上名正言順,。 不過，對于這個(gè)結(jié)果,，法國人是相當(dāng)?shù)牟粷M意,，他們的代表在表決時(shí)投了棄權(quán)票。當(dāng)年路易十四下令建立巴黎天文臺的時(shí)候,，他的計(jì)劃是盡快找出計(jì)算經(jīng)度的方法,，然后讓巴黎子午線順利成章地成為本初子午線。在投棄權(quán)票之后的許多年里,，驕傲的法國人一直堅(jiān)持以巴黎子午線為0度經(jīng)線,，這導(dǎo)致法國官方標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間一直比國際通用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間快9分21秒。直到1911年,，法國官方才開始在社會生活中使用格林尼治時(shí)間,，3年之后又在航海領(lǐng)域開始統(tǒng)一使用格林尼治時(shí)間。不過,，此時(shí)他們還是將格林尼治時(shí)間委婉地稱作“比巴黎時(shí)間慢9分21秒的那個(gè)時(shí)間”,。而且直到今天，一些法國出版的地圖仍將巴黎子午線（東經(jīng)2°20′14.025″）作為0度經(jīng)線,。 30. 巴黎天文臺中的“巴黎子午線” 很多帶著GPS接收機(jī)來天文臺參觀的游客會吃驚地發(fā)現(xiàn),，當(dāng)他們站在那根不銹鋼0度經(jīng)線上的時(shí)候，GPS顯示的經(jīng)度數(shù)值并不是0,。這并不是GPS不準(zhǔn),，而是因?yàn)镚PS使用的WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)的原點(diǎn)是地球的質(zhì)量中心，艾里爵士用恒星測定的格林尼治0度經(jīng)線的參照物是當(dāng)?shù)氐暮Ｆ矫?。而且,，地球是一個(gè)橢圓球體，這造成世界各地的海平面高度并不一致,，最大落差能達(dá)到上百米,，所以使用月距法確定經(jīng)度繪制的世界地圖其實(shí)并不準(zhǔn)確，只有在經(jīng)度測量地畫的那一小塊本地地圖才是準(zhǔn)確的,。自從有了衛(wèi)星之后,，尤其是有了GPS系統(tǒng)之后，人類才準(zhǔn)確掌握了世界的樣貌,，現(xiàn)在GPS確定的0度經(jīng)線在天文臺大院地面上的本初子午線以東102.5米的地方,，換句話說，艾里爵士測定的本初子午線現(xiàn)在位于西經(jīng)0°0′5.31″,。 31.圖中右側(cè)的紅線才是真正的0度經(jīng)線（Google衛(wèi)星圖） 進(jìn)入20世紀(jì)后,，倫敦的光污染和大霧都使觀測星象成為一件困難的事。后來電氣化鐵路的大規(guī)模建設(shè)又改變了大倫敦地區(qū)的磁場,，使得很多精密天文儀器不能正常工作,。從1924年開始,，天文臺的一些部門陸續(xù)外遷。1947年,，天文臺正式搬到位于東南沿海的蘇塞克斯郡的赫斯特蒙蘇堡,，1990年又搬到了劍橋。不管搬到哪里,，這個(gè)機(jī)構(gòu)的名稱一直都是“皇家格林尼治天文臺”（the Royal Greenwich Observatory）,。 格林尼治公園小山上的天文臺原址現(xiàn)在是國家海事博物館的一部分，哈里森制作的四臺航海鐘表就陳列在八角形主樓的展室里,。H1,、H2、H3現(xiàn)在每天都在正常走著,，因?yàn)镠4的機(jī)械構(gòu)造過于精密,，博物館方面擔(dān)心保持其運(yùn)轉(zhuǎn)會造成過度磨損，所以如今它只是靜靜地呆在展柜里接受人們的注目禮,。和這些航海鐘一同展出的,，還有馬斯基林編撰的《航海年鑒》,。格林尼治天文臺舊址,，這個(gè)經(jīng)度開始的地方，成為了這些曾經(jīng)水火不容的人類智慧結(jié)晶最好的終極歸宿,。 32. 格林尼治天文臺主樓展廳內(nèi)的H1 33. 1907年的格林尼治天文臺
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