六
伽利略发明的木星卫星法虽然解决了地图绘制的问题，但却不能帮助海员们发现自己的位置，因为木星实在是太远了，在陆地上观测都很困难，观测者的心跳都会使卫星跑出望远镜的视野，更别说在海上了。
就在欧洲大陆的科学家们忙着观测木星卫星的时候，一个法国贵族悄悄来到了英国。他不太了解法国天文台所做的观察，因此他坚持认为依靠月亮的轨迹来计时更加准确，毕竟月亮很大，观测起来要容易得多。这位法国贵族的一个女性朋友当时是英王查理二世的情妇，她向这位国王解释了“月距法”，国王对此很感兴趣。英国拥有当时欧洲最大的商船队，查理二世当然明白经度测量的意思所在。听了情妇的解释后，他迅速召集英国的一批顶尖科学家前来开会，请他们对“月距法”做出评价。这其中有个年仅27岁的天文学家，名叫约翰·弗拉姆斯蒂德（John Flamsteed）。他指出，这个方法从原理上来讲确实可行，但首先必须画出一张准确的星表，搞清所有的星星每时每刻所在的位置，然后再搞清月亮每一天的运行轨迹，只有先完成这两件工作，才有可能运用这个方法进行海上定位。
1675年，查理二世采纳了弗拉姆斯蒂德的建议，从国库里拨出500英镑，在伦敦郊外的格林尼治村（Greenwich Village）的一个小山包上建成了一座天文台，弗拉姆斯蒂德被任命为这个皇家天文台的第一任台长，还被封了一个“皇家天文学家”的头衔。查理二世许诺给他的年工资是100英镑，这在当时可算是高薪了。不过，他每年要上缴10英镑的税，还要从这笔钱里支付助手和仪器的费用，所以经济上并不算很宽裕。虽然如此，弗拉姆斯蒂德仍然找到当时英国最好的制表匠，号称“英国钟表业之父”的托马斯·汤姆皮恩（Thomas Tompion），从他那里定做了两台摆钟，钟摆长达4米，每天的误差小于2秒，这是当时世界上最准的钟表。
天文观测是一项枯燥的工作，好在弗拉姆斯蒂德是一个耐得住寂寞的人。他本人不算聪明，他的长处就是他的毅力，这是天文学家必不可少的一项品质。自从担任了天文台台长之后，他把家安在了这里。他平时基本上不下山，坚持每天观察，从不间断。这就不难解释为什么他直到46岁才娶了一位23岁的女士为妻，两人很恩爱，但没有生小孩。
具体来说，弗拉姆斯蒂德的主要工作就是在天空中划定一条假想的零经度线，然后准确地记录每颗星星通过这条线的时间和所处的高度。只有积累了足够多的数据，才能准确地画出一张具有实用价值的星表。弗拉姆斯蒂德上任后不久，就通过这些数据得出了一个副产品：他证明地球的自转确实是匀速的（其实并不匀速，但其误差远小于当时仪器的测量极限），这为月距法的成功打下了坚实的基础。
说起来，当时英国最有名的天文学家其实并不是生性固执死板的弗拉姆斯蒂德，而是性格活泼的埃德蒙德·哈雷（Edmond Halley），后者因为准确地预测了哈雷彗星的归期而名声大躁，而他本人的名字也因为这颗彗星而永远留在了历史书上。大概是因为性格相反的缘故，弗拉姆斯蒂德和哈雷是一对冤家，两人从来说不到一起去。弗拉姆斯蒂德死后，英国皇家科学院任命哈雷为第二任皇家天文台台长，弗拉姆斯蒂德的妻子知道这个任命后，立即变卖了天文台里所有的家具，甚至把望远镜和摆钟都卖了。这些仪器都是弗拉姆斯蒂德自己掏钱买的，他妻子绝对不想让哈雷占有丈夫的心血。可是，这样做的结果就是，本来应该用来收集数据的仪器，甚至连弗拉姆斯蒂德花费了多年时间积累起来的一部分原始数据都丢失了。
弗拉姆斯蒂德在世的时候，哈雷就一直想得到他的数据。这倒不光是为了他自己，而是受牛顿的嘱托。当时牛顿是英国皇家科学院的院长，在英国科学界有很高的威望。他提出万有引力定律后，一直在寻找证据，而月亮的移动轨迹就是最有力的证据之一。牛顿知道弗拉姆斯蒂德的观测结果能够证明自己的理论，因此千方百计想得到这批数据。可是，古板的弗拉姆斯蒂德却以观测未完成，数据不够准确为由，拒绝了牛顿的建议。无奈的牛顿只好找哈雷帮忙，哈雷借工作之便，从格林威治天文台偷了一部分数据出来交给了牛顿。牛顿如获至宝，立即将这批数据印成盗版书出版了。
可想而知，弗拉姆斯蒂德大发雷霆。他想办法买到了400本已印行的书中的300本，然后把它们付之一炬。他给自己的助手写信说：“如果牛顿爵士明白事理的话，他一定会同意，我这样做是帮了他和哈雷博士一个大忙。”
这件事发生在1712年。两年之后，弗拉姆斯蒂德去世。又过了11年之后，他的遗孀和助手这才终于整理完所有的数据，出版了《不列颠星表》（Historia Coelestis Britannica）。这本*录了3000个星星的位置，准确到10秒弧度，是当时世界上最准确的星表。
这本星表是月距法的一个重要的支柱。另一根支柱是预测月球的运动轨迹，有意思的是，恰恰是弗拉姆斯蒂德本人，延误了这根支柱的解决时间。
原因就是那次著名的“烧书事件”。后人大都十分赞同弗拉姆斯蒂德的做法，把他烧书的行为看作是一个不向强权妥协的典范。可是，实际情况并没有那么简单。当时牛顿正在试图通过万有引力公式计算出月球的轨道，可是，这个计算非常复杂，因为他必须同时考虑地球、月亮和太阳之间的引力作用。据说牛顿每次一想起这个问题就会头痛，必须想点别的，否则就睡不着觉。
弗拉姆斯蒂德手里掌握着月球的观测数据，这对牛顿的计算非常有帮助，所以牛顿急着想要得到结果，以便自己能尽快找出计算月球轨道的窍门。可是弗拉姆斯蒂德是个非常极端的完美主义者，他一定坚持要把所有星星的数据都做在一本完美的书里。结果，由于得不到弗拉姆斯蒂德数据的支持，牛顿被迫放弃了这项研究，否则的话他很可能早就计算出了月球的运动轨迹，月距法也就很可能早就被应用到航海中了。
现代科学的进步不能光靠孤军奋战，需要科学家之间进行广泛的合作。弗拉姆斯蒂德在性格上的某些缺欠防止了他和别人合作，这其实应该算是他一生中最大的败笔。
正是因为月距法阵营的自乱阵脚，才给了钟表法一个奋起直追的机会。经度之战终于正式打响了。
七
300年前，也就是1707年10月，英国海军上将克劳迪斯里•肖维尔爵士（Sir Clowdisley Shovell）率领一支英国舰队在地中海打败了法国。可是，在返航途中，船队遇到了大雾，有12天见不到太阳。船员们只能通过对航速的估算，判断自己的位置。
10月22日晚，肖维尔爵士惊恐地发现，船队驶进了锡利群岛中间，触礁在所难免。肖维尔肯定后悔极了，就在那天白天，他刚刚下令处死了一名水手，此人竟然向他报告说，领航员测出的经度是错的，舰队正在驶向死亡。英国海军严禁下属越级报告船只位置，这位水手冒着掉脑袋的危险说出了自己的担心。为了严肃军纪，肖维尔爵士以“叛乱罪”把此人绞死在甲板上。
可是，当天晚上大雾迷漫，肖维尔爵士后悔都来不及了。旗舰“联合”号首先撞上暗礁，并迅速沉没。另外3艘军舰也先后步其后尘。就这样，在短短的几分钟内，整个舰队的5艘战船沉没了4艘，1600多名水手被淹死。只有两人奋力游到了岸上，其中一人就是肖维尔爵士本人。可是，就在他精疲力竭地躺在沙滩上休息时，一个贪婪的妇女发现了他。为了得到他手指上的那枚绿宝石戒指，她残忍地*死了肖维尔爵士。30年后，这位妇女临终前向牧师坦白了自己犯下的罪恶，并拿出那枚戒指做为证据。
其实，类似的海上悲剧早已发生过多起。17世纪末期，每年都有将近300艘商船往返于不列颠群岛和西印度群岛之间，与中北美洲进行贸易。每艘船上的货物都价值连城，因此经常受到海盗的袭击。由于测不准经度，远洋船经常在海上迷失方向，浪费很多时间。当时还不知道维生素的作用，海员们由于缺乏维生素C，很容易得坏血病。他们的血管壁非常脆弱，经常造成内出血，人浮肿得厉害，痛苦不堪。一旦脑血管破裂，就要把命搭上。
锡利群岛发生的悲剧由于距离英国本土近，死亡人数多，在英国国内引起了广泛的关注，经度问题再一次成了街头巷尾议论的话题，甚至变成了一项全民“智力测验”。不断有人提出一些匪夷所思的建议，其中最有趣的要算是“通灵药粉法”。这人听说有个法国爵士发明了一种神奇的药粉，可以帮助皮肤割伤的人尽快愈合（尽管愈合过程非常疼痛）。这种药粉具有通灵的效果，只要把它涂抹在割伤病人的那把刀上，就能够产生功效。于是，他设想，在每一艘出海的远洋船上养一条狗，事先用刀在狗身上割一个口子。然后留在伦敦的助手只要每天中午12点按时在刀口撒一点“通灵药粉”，就能让远在天边的狗感觉到疼，因而大叫起来。于是，船员就可以确切地知道伦敦当地时间了！
明眼人很容易看出这个方法属于伪科学，但是当时竟然真的有人相信，可见伪科学无论何时何地都会有市场。
八
还有一些人，提出了一些看似合理的建议。比如，英国有两位顶尖的数学家在一次闲谈中想出一条“妙计”，两人在《卫报》上合写了一篇文章，详细描述了这个方法：派出一支海上舰队，每隔600英里停一艘，这就相当于在海上建立了一串烽火台。然后，每艘船都在当地时间午夜零点的时候向天空中发射一枚烟花弹，往来船只只要注意聆听烟花弹发出的爆炸声就能知道自己的位置了。
两位数学家根本没有考虑过，供养这样一只庞大的舰队是否可行。可他俩居然还想到了海盗的问题，在建议书中写到：“如果有人胆敢破坏信号船，应被视为严重的犯罪行为。”
这个方法不能算伪科学，但是很显然，这两人都是在书斋里坐得太久了，完全不了解外面的世界到底是怎样的。类似这样的科学家直到现在还经常出现在公众的视野里，依靠一些异想天开的主意，指点江山。
这两人很执着。他们自费出版了一本小册子，并在英国发起了一项情愿活动，很多舰队队长、商船船长和商会代表在情愿书上签了字。他们向英国政府施压，要求设立一笔奖金，促进经度问题的解决。1714年，英国国会真的成立了一个“经度委员会”（Longitude Board），英国人动真格了。
委员会刚成立不久，委员们就去找牛顿，请他提意见。当时牛顿已经72岁了，自知很难凭借自己的脑力解决这个问题。但是他还是认真地写了一份意见书，总结了几种可能的解决办法。他首先指出，钟表法理论上是可行的，但是由于船只的运动，以及远洋过程中湿度、温度和重力的不断变化，这样的钟表还没有造出来。他还暗示说，符合航海要求的钟表将来也不太可能被制造出来。
他还提出了月距法，认为这种方法也是可行的，但天文学家们仍需进行大量的工作。
委员会认真考虑了牛顿的建议，决定设立经度奖金，对所有合理的方法，无论是否出自英国本土科学家之手，一律一视同仁。1714年7月8日，英国政府正式颁布了一项“经度法案”，法案规定，凡是有办法在地球赤道上将经度确定到半度范围内的人，奖励2万英镑；将经度确定到三分之二度范围内的人，奖励1.5万英镑；将经度确定到一度范围内的人，奖励1万英镑。
当时地理学家已经知道，地球赤道上经度一度的距离大约是60海里，相当于108公里。这个距离对于航海来说并不是一个可以忽略不计的距离，由此可见当时人们对经度的测量是非常没有信心的。
这个经度大奖如果对应于时间的话，是多少呢？已知每小时对应的经度是15度，半度经度就相当于2分钟。当时，从伦敦出发的帆船大约需要6个星期的时间才能到达加勒比海，由此可以算出，如果采用钟表法的话，这块表每天的误差不能大于3秒钟。前文已经指出，当时格林威治天文台使用的那台堪称世界最准的摆钟也只能做到每天误差不超过2秒，而那是一台钟摆长达4米的庞然大物，而且还是在陆地上工作！所以，当时没人能够想象得出如何才能造出这样一台钟表，能够抵抗远洋航行的干扰。
但是，2万英镑的诱惑实在是太大了！据估计，1714年时的2万英镑大约相当于现在的1800万美元。换算成人民币的话，这是一笔超过1亿元的巨款！
重赏之下必有勇夫。很快，经度委员会的门槛就被前来应征的人们挤破了。可惜的是，很多人连具体问题都没有搞清，有人拿来了永动机的设计模型，还有人拿来了测量航速的“秘密武器”。这些方法完全不靠谱，委员会的人只有苦笑。
有个名叫杰瑞米·塔克（Jeremy Thacker）的人提出过一个值得一提的方法。他设计了一台小巧的摆钟，把它放进一个真空容器里，这样就避免了气压和湿度的影响。他设想这台“精密时计”（Chronometer）被放在一个常平架上，这样就杜绝了船只摇晃产生的影响。可是，这样一台钟表并不能抵抗温度的变化。要知道，摆钟的速度和钟摆长度有很大的关系，长度的微小变化就将带来巨大的差异。事实上，塔克经过试验后承认，他设计的这台“精密时计”即使在最完美的情况下，也只能做到每天误差低于6秒，远远达不到经度委员会的要求。
这样一个“世纪难题”，需要一个百年不遇的天才来解决。经度之战的主角马上就要出场了。
九
300多年前，一个平凡的人根本不会在地球上留下多少痕迹，约翰·哈里森（John Harrison）就是这样。他于1693年3月24日出生在英国约克郡，在家里的5个孩子中排行老大。关于他的家庭，以及童年生活的细节，至今所知甚少，只知道他们一家不知何故突然搬到了林肯郡的一个名叫巴罗的小村子，附近有一条名叫亨波的小河。
哈里森子承父业，跟着父亲学会了做木工。没人知道他跟谁学的小提琴，反正后来他曾经在教堂的唱诗班担任指挥，并且对音阶的基本理论发生了兴趣。同样，没人知道他从何时开始突然渴望读书，那时有关自然科学的书非常稀少，一位牧师借给他一本剑桥大学数学家桑德森教授所做的自然哲学讲座的记录，哈里森如获至宝，把整本书都抄了下来，还给这本手抄本起了个名字，叫《桑德森先生的机械学》。
成年后的哈里森对文学一直缺乏兴趣，一辈子拒绝阅读莎士比亚，却把这本《机械学》，以及牛顿的《自然哲学之数学原理》奉为珍宝。事实证明，哈里森确实缺乏文学素养，不善于用书面语言清楚地表达自己的意思。他曾经把自己和经度委员会打交道的过程写成了文字，结果第一句话就占了25页，而且几乎不带一个标点符号！
1713年，19岁的哈里森造出了一台摆钟。没人知道他为什么这么做，也没有证据证明他跟任何人学过这门手艺，因为当时巴罗村附近从没有生活过任何一位钟表匠。后人猜测他只是把一座现成的摆钟拆了开来，研究了一下内部结构，就自己仿制了一台。可是，那时的摆钟非常昂贵，很难想象哈里森是如何得到一台能让他随便拆解的摆钟的。
值得一提的是，英国人特别喜欢机械，历史上出过很多机械大师。世界上第一座机械钟就是由英国贝特福德郡的一个不知名的英国机械师于1283年制造出来的，在此之前人们只能用日晷、沙漏或者水漏来计时。
无论哈里森从哪里得到的灵感，他确实造出了一台摆钟。如今它被保存于伦敦同业工会会所的展览室内，凡是看到它的人都会首先发现一个令人惊讶的事实：这座摆钟几乎完全是用木头做成的。它用橡木做齿轮，黄杨木做轴，只在连接处用了少量的黄铜和铁。哈里森确实是一个好木匠，他对木头的结构很有研究，充分利用了橡木的纹理，把最坚实耐磨的部分用在了齿轮上，因此这台钟的木齿在正常情况下永远不会因磨损而脱齿。
哈里森在1715年和1717年又分别制造了两台一模一样的木头摆钟。他边干边钻研，搞清了所有机械钟表误差的来源。1720年，当地一位爵士出钱让哈里森帮忙在自己庄园里建造一座塔钟，他花了2年时间造了出来。现在这座塔钟仍在报时，近300年的时间里里除了一次装修外从来没有间断过。
这座塔钟也是木制的，不用上油就能工作。哈里森选用了一种会自己渗出油脂的热带坚木做为摩擦部件，非用金属不可的地方也都选用了上等黄铜，因此这台钟完全不必担心生锈，杜绝了空气湿度对精度造成的影响。
但是，这座钟真正值得称道的是哈里森做出的两大发明。第一，他设计了一种新式擒纵器（Escapement），并根据它的样子起名叫做“蚂蚱”（Grasshopper）。擒纵器是钟表的核心部件，它在钟表的动力源（比如弹簧“弦”）和计数器（比如钟摆）之间建立了联系，负责把能量传递给计数器，同时把计数器的脉动传递给钟表指针。通常，擒纵器是摩擦的主要来源，但哈里森设计了一种像蚂蚱腿似的擒纵器，几乎完全没有摩擦，这就极大地提高了钟表的精度和抵抗环境变化的能力。
第二，哈里森设计了一个“烤架”式钟摆。如前所述，钟摆的长度对摆动频率影响极大，而金属的热胀冷缩是早期钟表不准的最大的原因。哈里森通过实验知道，铜和铁有着不同的热胀冷缩比，于是他把9根长短不同的铜棍和铁棍并列在一起，组成一个像烤肉架一样的东西，两种金属不同的涨缩程度相互抵消，于是钟摆的长度就不受温度的影响了。
为了验证这座塔钟的准确度，哈里森学会了利用星星来定时。他和弟弟合作，每天在自家卧室里观察几颗恒定的星星。他们用卧室窗户的窗框和邻居家的烟囱做为准线，记录这几颗星星消失在烟囱背后的时间。因为地球自转的缘故，每颗星的消失时间都会比前一天快3分56秒。哈里森用这架“天文钟”矫正了自制的塔钟，发现这台塔钟每个月误差不超过1秒钟，其精度达到了前所未有的高度。如此高的经度完全得益于这两项新技术，哈里森单枪匹马引发了制表业的一次革命。
十
没人知道哈里森是在什么时候知道经度奖金的。不过经度问题是当时欧洲家喻户晓的一个难题，哈里森没有理由不知道。但是，据他后来回忆，直到1727年时他才开始专注于这个问题，毕竟他在此之前制造的钟表都是固定在地上的。要想适应海洋，还需克服不少新的困难。
哈里森经过4年的努力，终于想出了解决船只晃动的办法。他设计了一种平衡摆，两只钟摆的两头分别用一根弹簧连接在一起。这样一来，一根钟摆受到的震动就会被另一根钟摆所抵消，无论船再怎么摇晃，都不会影响这种平衡摆的频率。
想出了这个妙法之后，哈里森正式决定向经度难题发起挑战。他带着设计图纸，去伦敦找经度委员会。可一问才知，这个大名鼎鼎的委员会连个办公室都没有。原来，委员们受不了白痴们整天轰炸，干脆雇了一名秘书负责把关，他所做的工作就是打印一封封格式化的回信，告诉那些疯子们：你们别想了，这2万英镑不属于你们。
找不到委员会，哈里森只好去找他唯一听说过的人－格林尼治天文台的新台长哈雷。哈雷待人非常热情，他耐心听了哈里森的述说，然后诚恳地告诉他：经度委员会只有三类人：天文学家、数学家和航海家，没人能看懂你的图纸。
哈雷推荐哈里森去找乔治·格雷厄姆（George Graham）。此人比哈里森大20岁，是当时伦敦最有名的钟表匠，也是英国皇家学会（相当于中国科学院）的会员。第二天上午十点，哈里森准时敲开了格雷厄姆家的大门。一开始格雷厄姆的态度并不十分友好，可当他看了一眼图纸后，立刻意识到眼前这个从乡下来的木匠不是在开玩笑。结果，两人从上午十点一直讨论到晚上八点，格雷厄姆还请哈里森吃了顿丰盛的晚饭。临走前，格雷厄姆从自己的私人金库里拿出200英镑，把它做为无息贷款借给了哈里森。
“你不用着急还这笔钱，”格雷厄姆说，“我只想尽快地看到你用这笔钱做出一台样钟来。”
这位乔治·格雷厄姆被后人誉为“正直的乔治”，是有道理的。
哈里森拿到这笔巨款后，立刻回家和弟弟一起开始了艰苦的工作。5年之后，也就是1735年，第一台样钟做出来了。这台被称为H1的航海钟重达42公斤，被装在一个长宽高均为1.3米左右的铜壳内。兄弟俩用家里的壁炉检验了它抵抗高温的能力，又把它放进一艘小船，在村子旁边的亨波河上检验了它对付摇晃的水准。满意了之后，两人把它抬到了伦敦，去找格雷厄姆。格雷厄姆立即找了5位皇家学会的会员前来参观，其中自然包括哈雷。5人检查了H1的机械结构，一致叫好，并联名给经度委员会写了一封热情洋溢的推荐信。
有了专家的推荐，经度委员会出钱让哈里森带着H1出海检验。首次远航的目的地选择了葡萄牙的里斯本，1736年，英国海军大臣亲自写了一封介绍信，把哈里森送上了“百夫长”号军舰。船长普罗克特安排H1“住”进了自己的休息室，还用铁钩把H1吊在房顶上，尽量减少震动。哈里森就没这么好运气了，这是他第一次出海，晕得上吐下泻。所幸去时遇到顺风，一个星期后就到达了里斯本。可船一靠岸，好心的普罗克特船长就猝死了，没有来得及在航海日志上留下关于H1的任何记录。
回程的时候，“百夫长”号遇到了风暴天气，在海上飘了一个多月才返回英国。就在船快要靠岸的时候，新船长认为对面是达特茅斯附近的斯塔特，而哈里森根据H1给出的经度数据，认为这是彭赞斯半岛上的利泽德。
最后证明H1是对的，两地相差100公里。在暗礁密布的英国海滩，这100公里的差别足以造成一次海难。
