原文地址：http://sztqb.sznews.com/html/2008-03/25/content_110854.htm

       不久前，在“大师日历”栏目里，我们编发了《库克，大航海的终结者》一文，有读者朋友看后，觉得其中一笔带过的经度与时空的关系交待得不很清楚。所以，借哈里森的诞辰及辞世的纪念日，我们又约了这篇纪念哈里森的稿子，希望能厘清经度与时空的关系。

       纬度测量相对简单些，天上的星星随着地球的自转自东向西运动着，海员们就可以在夜晚通过测量北极星和其他一些星体的位置来判断自己所处的纬度。但经度测量则相当麻烦，人们无法像测量纬度那样来测量经度。早年的科学家认为，纬度问题可以用天文观测的方法搞定，经度问题应该也可以。第一个上场的“大人物”是伽利略，他发现木星的４颗卫星上每天都有星蚀。只要制成星蚀表，就可借此确定经度。但不停摇摆的船上无法准确观测木卫的星蚀。此法在陆地上可行，欧洲各国都用此法重新测量了自己的边界。伽利略之后，牛顿、哈雷这样的天王级人物也加入了经度研究，但都没能破解这一难题。这件惊天动地的大事，最终被一个小木匠出身的钟表匠解决了。  ——编者

       牧师把头贴向气若游丝的老妇，断断续续地听到了一个化作忏悔的命案：３０年前的一次赶海，我看到一位被冲到海滩上的军官，这人手上戴着一颗镶有绿宝石的戒指。正当我摘取戒指时，他突然醒了过来。惊慌之中，我把这位军官给杀了……

       这时人们才知道：１７０７年１０月２２日。那场吞没了４艘军舰的大海难的唯一幸存者——海军上将肖维尔——竟死在一个赶海的妇女手里。不过，肖维尔本人若能听到这个忏悔，一定会激起他更深的忏悔……

       那个秋天，肖维尔上将率领的英国舰队在海上击败了法国舰队，在得胜还朝的路上，一场持续１０多天的大雾，使他们无法准确地找到返回英国的航路。这时有一位水手冒死向肖维尔指出，船长的航线有误。但皇家海军严禁下级越权进行导航，肖维尔以违抗军令罪将其处死。舰队沿着错误的航向驶入英国最南端的布满礁石的锡利群岛，“联合”号、“老鹰”号、“罗姆尼”号……四艘军舰拖着２０００官兵，永远沉入了海底。

       地下有知的肖维尔上将，也许会说：我真的不该绞死那个指出航向有误的水手。但忏悔解决不了的是，当时全世界的舰船都无法准确测出自己所处的位置。因为，地理学尚未翻过那沉重的一页——经度。

       经度前传，为何船长多是独眼龙

       起初在连环画或电影里看到独眼船长，我还以为那是打仗弄瞎的，或是为了“酷”，特意把他们写瞎的。后来才知道，那是船长们长期观测太阳与地平线的高度，以测算航向所付出的代价。在靠天导航的时代，１０位船长中就会有９位被刺目的阳光弄成独眼龙。

       人类至少在公元前３世纪，就知道用经纬度来描述地球。大约在公元１５０年时，希腊地理与天文学家托勒密在他绘制的人类第一本地图集中，为２７张地图标出了经纬线。纬线为地球上平行的由赤道向两极逐渐缩小的同轴圆圈；经线为经过两极的大小相同的圆圈；托勒密以此建立了地球最初的方位系统。

       令人遗憾的是相当长的时间里，人类只会运用纬度导航；甚至，连哥伦布跨越大西洋发现美洲，也是沿纬度航行。经度测算之难，在麦哲伦航海日志中也能见到。据船队抄写员皮加费塔记载，“麦哲伦船长花了很长时间研究经度问题，但领航员们很满足他们获得的纬度信息，都不愿提起经度这码事”。古代航海通常是靠测量航速和其他办法来估算船的相对经度。

       １７０７年的英国舰队大海难，再度引发了商人与海员的请愿，吁请政府尽快破解经度难题。事实上，为经度所困惑的又何止英国。早在１６６６年，法国王室就在巴黎建立了旨在破解海上经度难题的天文台。１０年后，英国才在泰晤士河南岸格林尼治村的一座小山上建立了皇家天文台，命天文学家弗拉姆斯蒂德（也是第一任皇家天文官）“以最大的耐心，修正天体运行表格，从而完善航海技术”。就在各国天文学家夜以继日地绘制星表之时，海上仍不时传来因无法精确导航而造成海难的坏消息——丧钟为经度而鸣。

       经度难题的迫切性，使得西班牙、意大利、荷兰、英国等欧洲航海大国，不得不在修建天文台的同时，又以“重赏之下必有勇夫”的思路，开出高额赏金，以求取得突破性进展。１７１４年，英国国会通过了《经度法案》。以法律的名义宣布：任何人只要能找出在海上测量经度的方法，误差在１度以内的奖１万英镑；误差在２／３度以内的奖１．５万英镑；误差在半度以内的奖２万英镑（２万英镑，相当于一位船长２００年的收入）。

       经度的攻坚大戏，由此进入高潮。

       小木匠，用时间确定空间

      “重赏之下”的那位“勇夫”，出生在英国约克郡（与伟大的库克船长是同乡）的一个世代做木匠的普通人家。他是家中的长子，父亲自然把精湛的木工技艺全传授给他。但这个木匠的孩子却没有把它用到制造家具和房屋上，而是以细木工的手艺，造出一台完全由木头制成的摆钟。当时他才１９岁，没人能料到历史将记住他的名字：约翰·哈里森。

       说到摆钟，有必要在此插入一段钟表简史。哈里森虽然是钟表制造史上的一尊神，但他并不是发明钟表的人。１３５０年意大利的丹蒂，造出了第一台结构简单的机械打点塔钟，日误差半小时左右。１５１０年德国的亨莱思，创造了用擒纵机构的小型机械钟；１５８２年意大利的伽利略发明了重力摆；１６５７年荷兰的惠更斯把重力摆引入机械钟，创立了摆钟；随后又将摆轮游丝组成的调速器应用在可携带的钟表上；１７１５年，英国的格雷厄姆又发明了静止式擒纵机构，为发展精密机械钟表打下了基础……没有什么史料说明木匠哈里森为什么要放弃木匠改当表匠，历史只记载了他用钟表改变的航海史。

      １７３０年，在经度局成立的第１５个年头，也是牛顿去世的第３个年头。从木匠成长为优秀表匠的哈里森来到格林尼治，向经度委员会委员、皇家天文台第二任天文官哈雷（用他的名字命名的彗星似乎比它更出名）递交了一份解决海上经度测量难题的方案。

       哈里森一生都要感谢哈雷。虽然，哈雷认为经度问题是个天文问题，但这位爱喝酒的天文学家是一个心胸开阔的好人。哈雷不仅没否定哈里森，还为他引荐了英国的钟表大师乔治·格雷厄姆。而这位品德高尚的同行不仅支持了哈里森的设想，还从自己的口袋里拿出２５０英镑，作为哈里森方案的启动资金。

       这是一个用时间证明空间的方案：即将经度换算成时间。３６０度的地球，每２４小时转动一周，每小时转动的１／２４圈，即经度的１５度。所以，航船与出发地之间，每相差一小时，就表示它的经度向东或向西移动了１５度。再将经度换算成距离，赤道线上地球周长最大，这里１５度的跨度约等于１０００英里。而１度约合４分钟，其跨度约等于６０海里（１海里约等于１．１英里，１．８公里），６８英里（１１１公里）。因此，只要知道出发地和所在地的时间，就能推算出所在地的经度。

       既然，经度问题是时间问题，拿两块表到海上，问题不就轻松解决了吗？此前两个世纪，也曾有人提起过类似的方案。但直到１８世纪，钟表在陆上仍不能准确报时，制造用于海上的时间机器，更是无人挑战。哈里森是第一位声称能造出航海钟，把出发地的时间不快不慢地带到海上任何地方的人（当地时间，依正午太阳最高点对时）。并将依此测出船在海上任何一地的经度。

       这是一个令人振奋的方案，也是一个充满挑战的方案。看一看经度委员会的委员构成，就知道当时应对经度课题的科学体系了。委员中有大名鼎鼎的牛顿、哈雷等天文大师，此外，还有著名数学家和航海家，这些人中没有一位懂得钟表技术。这样的委员会自然认为：只有天文学才能最终解决经度问题。

       月距法，陷在旧框框里的天文大师

       我曾看过电影《经度》，像所有的文艺作品一样，带有着明显的倾向性：马斯卡林和经度委员会的专家都是以自大自私的丑角面目出现的。其实，研究经度史就会知道，这些人并非利用职权无“理”取闹。当年，连伽利略和牛顿这样的科学巨人都相信天文学是解决经度问题的唯一途径。英国第５任天文官马斯卡林所代表的也是几代天文学家都认的死“理”。

       早期的天文学家都依据天文事件来测定经度。比如，预测了西班牙马德里午夜１２点月全蚀，而向大西洋西行的船队在当地时间晚上１１点看到了月全蚀。那么，就知道该地的经度在马德里以西１５度。这种利用天文事件确定经度的方法，确实为１８世纪的地面经度测量与地图绘制提供了准确的数据。但日蚀、月蚀和其他星蚀都不会每天出现，人们最终选择了最好观测的月亮，参考月亮与天阳的距离，月亮与某颗星星的距离及交汇时间，再参考发生同一事件的地点的时间，求出时间差，就可以测出船所在的经度了。

       时钟法与月距法，都有理由向２万英镑奖金冲刺。

       马斯卡林等人“靠天吃饭”的月距法，有着天然的弱点。一要必须要天气晴好，才有月可观；二要有事先绘好的精确的星历表。假设这些条件都具备了，要测算一次海上经度，至少也要４个多小时。

       当然，哈里森的航海钟，也有它的成本弱点，制造价高达５００英镑。这个价钱恰是当年英王建格林尼治天文台的费用。谁能买这样的航海钟呢？相比之下，一架高质量的六分仪，外加一本不很精确的“月距表”，加起来不到２０英镑。

       哈里森要降低航海钟的造价，马斯卡林要缩短月距的测算时间。

      １７６０年，哈里森向经度委员会交上几近完美的航海钟Ｈ４。１７６６年马斯卡林用人海战术，算出了１７６７年全年月距数据（每个月的星表就有１２页之多）并提前一年出版了《１７６７年航海年鉴》，把计算经度的时间从４个小时缩短到３０分钟。

       时钟法与月距法双方，谁更该获得那笔奖金？

       航海钟，永不迷航的舵手

       现在，说回哈里森和航海钟。得到钟表大师乔治·格雷厄姆那笔无息贷款后，哈里森花了５年时间终于造出了第一台航海专用钟Ｈ１号（后世以哈氏字头Ｈ来命名他的作品，并按１、２、３、４号排序）。现在Ｈ１－４号航海钟都完好地存放在格林尼治的航海博物馆里，供人们回望那段“经度的时钟史”：

      １米见方、重达３４公斤的Ｈ１，至今仍在运转。那四个夺目的表盘分别标示着时、分、秒和日。它的伟大之处在于运用“蚱蜢腿”装置，使钟摆的摆动频率不受海浪颠簸的影响，从而成为真正航海钟。

       哈里森是个匠人，更是个“犟人”。１７３６年往返里斯本的海上试验，证明了Ｈｌ测量的经度比当时所有的方法都要准确，２４小时内不差几秒钟。只有哈里森对Ｈ１提出了批评。他对经度委员会说，等造出了升级版的Ｈ２再来领奖金。５年后Ｈ２终于完工，哈里森认为还有可改进的地方，又一头扎入Ｈ３的研制。当Ｈ３完成时，他已６０岁了。在等待Ｈ３测试之时，由于嫌它体积还是太大，他又次投入到新的研发之中。１７６０年，当哈里森向经度委员会交出了他满意的Ｈ４时，距Ｈ１的诞生已过了３０年。

       时针、分针、秒针皆在一个表面上的Ｈ４，实际上就是一块不受磨擦、摇动、湿度和温度干扰的上一次发条就可走３０小时的大怀表。１７６２年经度委员会让哈里森的儿子带着Ｈ４跨过大西洋到牙买加，经过８ｌ天航行，Ｈ４总共慢了５秒（误差约等于３公里左右）。误差率远远小于经度委员会制定的半度之内（即２４小时，误差不超过３秒，约等于５０公里）的最严限度。

       此时，月距法也进入了冲刺阶段。有着“裁判员”和“运动员”双重身份的经度委员会委员马斯卡林（３年后他担任了第５任皇家天文官）拒绝承认Ｈ４的准确性。要求再做Ｈ４的海上测试，同时要求请人复制出Ｈ４（经度法案规定，其发明必须是可复制推广的）。１７７２年，钟表匠肯德尔复制的Ｈ４（为了尊重肯德尔的功绩，后人称他为Ｋ１）被带上了库克的远洋船，驶往南极。在零度以下的寒冷天气中，复制的航海钟发挥了完美的功能。库克称赞它们是“不失误的向导”。一年以后，在英王乔治三世的亲自过问下，已经８０岁的哈里森，终于得到了最高奖的余款８７５０英镑（扣除了以前支给他的部分奖金)。３年后一天，也就是１７７６年３月２４日，像航海钟一样奇妙的哈里森，在８３岁生日这一天，驾鹤西去。

      此时，航海钟的成本降到了７０英镑左右，远洋船驶入了航海钟的新时代。

      零经度，花落英伦的子午线

    “他成功地用第四维——时间维，将三维球面上的点，连接在一起。从星体手中艰难地夺过了世界的位置信息，并将这个秘密锁进了一块怀表”——美国作家索贝尔用这句话为哈里森的传记画上了句号——经度问题解决了，但将哪里确定为经度的起点，还是一个悬而未决问题。

       我们知道，零度纬线（赤道）是由自然法则决定的，而零度经线，上天没有提供这种选择。托勒密地图上，曾将本初子午线画在非洲西北的幸运群岛（即摩洛哥西边的加那利群岛）。英国的格林尼治，凭什么超越天意、祖先和列强成为经度的起点？

       我以为，科技进步是一个不可忽略的前提。首先是１６７５年英国人在格林尼治建立了皇家天文台，首任天文官弗拉姆斯提德在这里建造了两个钟摆长达４米的时钟，为英国校正标准时间。１７６６年马斯卡林当上第５任天文官后，即将本初子午线的位置争取到格林尼治。次年马斯卡林出版了第一本实用的《航海年鉴》，此后近４０年里，他连续发布了４９期《航海年鉴》。这本被各国海员广泛使用的航海工具书，其所有测算都以格林尼治为基准经度。最后，各国海员接受的哈里森航海钟，也是百分之百的英国制造。

      这一切为１８８４年在华盛顿召开的国际子午线大会，投票确立格林尼治为全球本初子午线，作好了理论与实践的准备。所以，“零经度”花落英伦，不能简单地看作是“霸权主义”的结果。

      人们说库克是“大航海时代的终结者”，因为他几乎跑遍了所有的未知海域。我想，有必要把哈里森的功劳也加进去，正是哈里森的航海钟完成了经度的准确测算，才使“靠天吃饭”的大航海导航系统，得以最终完善。大航海这才彻底走出蒙昧，完成了华美的谢幕。

  １７６６年左右的英国皇家天文台。

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  约翰·哈里森制作的四块航海钟。

  ７３岁时的约翰·哈里森。

       在人类认识世界的长河中，不管是什么方面，为了解决一个问题，总是会同时出现多种解决问题的方式，到最后，你会发现，他们都是殊途同归，当初物理学中的，关于光的波粒二项性的问题，整整纠缠了好长时间，之间的大战也不下数次，直到普朗克提出了量子论，才发现，波粒两派的战斗只不过是看到光本质的一个方面，而以为这就是光的本质。在定位地球的经度的时候，时钟法和月距法也是类似，只不过是解决问题的方式不同。

       所以，我们在解决问题的时候，肯定有很多条不同的路去解决，不要一味的去埋怨，这个问题的难度和无解性，八卦一下，请勿拍砖。