海上的困境：算不出经度

在海上航行的船长迫切需要精确的计时工具。要能顺利航行，就必须精确测量出经纬度，所有的地点都有这两个坐标。纬度不论南北，就是和赤道之间的距离，可以用六分仪推算；比方说，测量北极星在水平线上的高度。经度则是向东或向西移动的距离，但决定经度的方法都很复杂。像英国这样以船运和贸易为命脉的国家，在海上一出错，可能就要损失船只、货物甚至几百条人命。为了解决这个问题，欧洲最优秀的地理学家、天文学家和工匠努力不懈，想要找出答案。英国于1675年在格林尼治成立皇家天文台，主要就是为了解决这个问题。（查理二世任命弗兰斯蒂德为第一任皇室天文学家，指派他“投注最高度的心血和努力，改正天体运行的图表和恒星的位置，以便找出本国急需的各地经度，精进航海的技术”。）

原则上你可以计算出经度，但你必须知道目前所在位置和启程港口之间的时间差异。举例来说，你从伦敦扬帆出发，穿过英吉利海峡驶向大西洋。几天后，你知道自己在英格兰西方的几百公里处，但是到底走了多远？如果你知道伦敦现在几点，然后用数学公式，就可以算出你的经度。假设现在在伦敦是下午1点。但根据太阳划过天空的路径，你推算出所在位置的时间是正午12点。在24小时内，地球会旋转360度，通过所有的经度。也就是说，在1小时内，地球会转15度。反之，每1小时的差异表示经度差了15度。所以你应该在伦敦西边差15度的地方。

问题的症结在于，你要知道启程港口目前是几点。在出发前先把摆钟设好，如果摆钟运作的状况不错，就可以帮你解决问题，但在船只摇摇晃晃的甲板上，摆钟其实没有用。当时已经问世的随身钟和手表不准确的程度无可救药。能带上船的时计必须准确，而且便于携带；能够适应温度变化，在颠簸的海洋上也能正确报时。

哈里森最出色的精确航海时计，代号就是H4

各国政府开始重视这个问题，希望能找到在海上决定经度的方法。1714年，英国国会通过刚刚成立的经度委员会，提供两万英镑的奖金（换算成今日的币值则超过一千万美元）给能够解决经度问题的人。

认真接下这项挑战的是一名英国人哈里森（1693—1776年）。他在约克郡出生，没受过正式教育，一生致力于制作精确的计时装置 ①。他造出四项伟大的机械装置，也就是他花了几十年努力钻研出的时计，现在是伦敦市郊格林尼治天文台博物馆中最重要的展览品，上面也刻了他的名字。

最先造好的三只时计叫作H1、H2和H3，和我们心目中“可携带”的物品相去甚远，大小都和汽车引擎差不多。H1约重35公斤，复杂度令人望之却步。前方有一块椭圆形的铜牌，上面有四个显示时间的大型转盘。铜牌后面时钟的内部构造完全暴露出来，有几十个铜轮和齿轮，还有几百根不同长度的闪亮铜棒以奇怪的角度插在机械上。这座钟仍能运作：以弹簧为动力的机械装置嗡嗡作响，不同的零件跟着前后滑动或转动。在海上，每天可能会快10秒或慢10秒，还算差强人意，但哈里森觉得他还有进步的空间。

哈里森相信跟H1一样巨大而复杂的H2有缺陷，因此连测试都提不起劲来，他把希望放在H3上，他相信H3是他的经典之作。这第三套机械令人叹为观止，总共有753个零件。其中的双金属片是一项重大的突破：把薄薄的铜片连到平行的薄钢片上，时钟的擒纵器就能完美地抵消温度的变化。H3比H1和H2略小；即便如此，仍有60厘米高，重量接近30公斤。接下来的20年内，哈里森反复重制H3，但总觉得不够完美。

博物馆的钟表学馆长贝茨说：“可怜的老哈里森花了19年的生命，想说服他的钟保持稳定计时，但他永远无法满意。后来他只能咬牙切齿地把这口钟称为‘我那古怪的第三套机械’。他一定对H3非常失望。”

刻在钟上的文字或许也反映了哈里森的挫折感。H2上用花哨的大字体镌刻着“献给英王乔治二世”的字样。H3的正面只刻了他自己的名字。

看来H3走进了死胡同，哈里森改用了激进的新方法。他描绘出小怀表的蓝图，委托朋友帮忙制作。他想用小怀表测试大钟的准确度。在哈里森那个时代，大多数的手表不太可能当作精确的时计。但当哈里森反复思索新怀表的设计时，他发现事实上精准的手表还是造得出来的。

哈里森终于开始思考如何制造小机械，也得到了报偿。结果他造出了卓越的H4。H4和前三代的差异宛若日夜。前三座钟硕大无朋，H4的宽度只有12厘米，跟甜点碟子差不多大，重量只有1.5公斤。装在闪亮的银质外壳里，就像普通怀表的放大版。但H4绝对无法用普通来形容。镶了宝石的轴心以红宝石和钻石打造，内部构造几乎没有摩擦力。在海上测试时，过了两个半月只慢了5秒。H4成为当时世界上的顶级时计。

虽然H4非常成功，但经度委员会却顾左右而言他，并没有发放奖金给哈里森。贝茨说，他们一直把颁奖的“门槛提高”，只陆陆续续给了哈里森几笔小钱。等他直接跟新上任的乔治三世陈诉，他才拿到奖金 ①。三年后哈里森就过世了。

哈里森的成就虽然到了近代才得到应有的赏识，但他的这项成就无疑是非常杰出的。贝茨说：“哈里森是精确时计之父。H4出现后，大家才发现我们的口袋里和手腕上也能有分毫不差的时间。”

18世纪末，英国经历了惊天动地的变化（工业革命），如果没有准确的计时方法，就不可能出现这么了不起的变化。

主要衍生自煤炭的蒸汽动力让制造业一飞冲天。工厂雇用更多的工人，货物由汽船和火车头运送。到了19世纪末，电报和电话在一瞬间就能把信息送到遥远的地方。这些发展都让世界变得更有秩序。变化刚开始，工业上的新工具就改变了人类的生活方式。时钟愈来愈重要。历史学家惠特罗写道：

蒸汽提供工业革命的驱动力。虽然从前住在农舍里用手摇纺织机工作的织布工为了生活必须很努力工作，至少他们可以在想工作时工作，但工厂工人必须在蒸汽启动时上工。他们一定要准时到达，除了要知道几点钟，更要一分钟不差。

在这个变化剧烈的时代，蒸汽引擎就是当时的象征，但没有时钟，一切都不可能发生。历史学家芒福德观察道：“蒸汽引擎还不算是当今工业时代最主要的机械，时钟才是。”

时钟为社会带来了深刻的影响，最明显的地方就是在工作场合。时钟一清二楚地宣布你现在要贡献多少时间给雇主，又有多少时间真的属于你自己。到了20世纪开始的时候，工作和休闲已经完全分开了。

① 哈里森的研究过程，在索贝尔的畅销书《寻找地球刻度的人》（1995年出版）中有详细的介绍。

① 最后在英王坚持下，国会把钱付给哈里森，经度委员会从未真正把奖金颁发给任何人。