哈里森时钟

哦！她完美得无与伦比——

她可以同任何近代的女圣徒来比拟；

地狱的刁滑的权力不能施在她的身上，

她的守护神也中止了他的守备；

即使她的最细小的行动也很正确，

如同哈里森所制造的最精妙的时计一般。

——拜伦，《唐璜》50

人们对约翰·哈里森的早年生活知之甚少，因此，他的传记作者们不得不像用细纱织布的纺织工一样，根据不多的事实来拼凑出他生平的全貌。

不过，他生命中的那些精彩场面会让我们联想起其他一些传奇人物，而他们鼓舞人心的事迹也为编写哈里森的故事提供了极大的帮助。比如，哈里森因为对知识如饥似渴而刻苦自学，与之相仿，亚伯拉罕·林肯年轻时也曾出于同样的目的在烛光下彻夜苦读。他出身低微（甚至可能要算出身贫寒），却凭着自己的创造力和勤奋而致了富，就像托马斯·爱迪生和本杰明·富兰克林一样。如果不怕有类比过头之嫌，哈里森的遭遇跟耶稣基督也有些类似：原来都是木工，并在默默无闻中度过了前30年，然后才因自己的思想而为世人瞩目。

解决了“经度问题”的那个约翰·哈里森，于1693年3月24日出生于英国约克郡，在家里5个孩子中排行老大。按当时的传统习俗，他家给孩子取名时也很吝啬，就用那么几个常用的名字。因此，如果不借助纸和笔，都要分不清那么多个名叫亨利、约翰和伊丽莎白的人谁是谁了。具体来说，约翰·哈里森是这个或那个亨利·哈里森的儿子、孙子、兄弟和叔叔，而他的妈妈、姐姐、两任妻子、唯一的女儿以及三个媳妇中的两个又都叫做伊丽莎白。

他的第一个家大概是在一个叫诺斯特尔修道院（Nostell Priory）的庄园里。一个富有的地主拥有这个庄园，并雇用老哈里森当了庄园的木工兼看守。在约翰还很小的时候——大约是4岁左右吧，最迟也不晚于7岁——不知因为什么缘故，他们全家搬迁到了林肯郡一个叫巴罗（Barrow）的村子。因为该村位于亨伯（Humber）河的南岸，所以又被称作亨伯河上的巴罗。

在巴罗时，年轻的约翰跟父亲学做木工。他不知从哪儿学了音乐，会拉一种老式的六弦提琴（viol），也曾在教堂敲钟并为它们调过音，最后还当上了巴罗教区教堂的唱诗班指挥。（在多年以后的1775年，哈里森发表了《关于这种机械……的描述》，以阐述他的计时器的工作原理，文中就有一个附件详细解说了他关于音阶的基本理论。）

不知怎么回事，在约翰十几岁时，大家就都知道了他渴望读书。也许他曾大声说出来过，也许他对弄懂事情的来龙去脉太着迷了，人们都能从他的眼神里看出来。不管实际情况到底怎样，反正在1712年左右，来这个教区访问的一位牧师对约翰的求知欲给予了鼓励，并借给他一本珍贵的教科书——剑桥大学数学家尼古拉斯·桑德森（Nicholas Saunderson）的自然哲学系列讲座的手抄讲义。

在拿到这本书时，约翰·哈里森已经能读会写了。他使用这两项技能誊抄了桑德森的著作，在上面作了注解，还将自己这个抄录本命名为“桑德森先生的机械学”。为了更好地理解运动定律的性质，他认真地写下每一个字，画出每一张图，并附上了图片说明。在接下来的几年里，他专注得像个圣经学者，一遍遍地研读这个抄录本，并不断地在书上添加自己的旁注，后来甚至还写下了一些颇具见识的心得。自始至终，他的笔迹看起来整洁、小巧而有序，这也许表明了他是一个思想有条理的人。

虽然约翰·哈里森坚决地摒弃了莎士比亚，也从不允许这个诗人的作品出现在家里，但是牛顿的《自然哲学的数学原理》和桑德森的讲义却占有了一席之地，并对他往后的职业生涯很有助益，使他得以更好地把握自然界的规律。

1713年，还不足20岁的哈里森造出了自己的第一台摆钟。至于他为何要从事这项工作，以及他在没有当过钟表匠学徒的情况下怎么会有如此出色的表现，到现在还是一个谜。不过，他制作的这台钟现在还在。作为产品成型时期的遗迹，上面签有姓名和日期的那台钟的运动机件和钟面，现已由位于伦敦同业公会会所（Guildhall）的钟表商名家公会51陈列在一个单间博物馆的展览柜里。

这台钟除了是由伟大的约翰·哈里森制作的这一点之外，还有一个非同寻常的特点：它几乎完全是用木头制成的。这是一台由木匠制造出来的钟表，它用橡木做齿轮，黄杨木做轴，并用少量的黄铜和钢铁提供连接和驱动。哈里森一向注重实际，头脑又灵活，不管拿到什么材料，都能让它们物尽其用。齿轮的木齿在正常的磨损下不会崩落，因为它在设计上有效地利用了坚硬的橡木中的纹理，保证了抗毁性。

历史学家想弄明白，哈里森在加工自己的钟表前，是否拆开过哪些钟表进行一番研究。据传说（可能是杜撰的），哈里森在幼年时生了一场病，他就是靠倾听放在枕边的一块怀表的嘀嗒声，才硬撑过来的。但是，谁也猜不出这个小男孩能从哪里弄来这么一个东西。在哈里森年轻时，时钟和手表的价钱都挺高。而且，就算他家里买得起一块怀表，他们也不一定知道上哪儿去买。18世纪前叶，在林肯郡北部一带地区生活或工作过的知名钟表匠，除了自学成才的哈里森本人之外，也找不出第二个了。

哈里森在1715年和1717年又造了两台几乎一模一样的木钟。在它们造成之后的几个世纪里，这些计时装置的钟摆和高高的钟壳都丢失了，只有机芯部分保存了下来。唯一例外的是，这三台钟的最后一台还有一块木门残片也流传了下来，其大小跟一份法律文件差不多。事实上，门的背面真的贴有一份文件，而且看来正是这张纸为子孙后代保住了这块软木。如今，这张起过保护作用的纸，即哈里森的时差52表格，跟他的第一台钟一起，陈列在伦敦同业公会会所的展柜里。

这台时钟的使用者可以根据该表格，矫正太阳时间或“真实”时间（所谓的真太阳时，即日冕上显示的时间）与人为的但更有规律的“平均”时间（所谓的平太阳时，即用一台每24小时敲一次正午的时钟所测出的时间）之间的差别。随着季节的变化，太阳正午和平均正午之间的偏差会在一个容许范围内时大时小。如今，我们不再理会太阳时间了，而是简单地以格林尼治平均时间为标准。但是，在哈里森生活的年代，日冕仍然在广泛地应用。一台好的机械时钟还得和时钟般的宇宙对时间，这可以通过使用一种叫“时差”的数学技巧来完成。哈里森在年轻时就弄懂了这些计算，而且他还亲自进行了天文观察，并独自计算出了时差数据。

在对该转换表的实质进行概述时，哈里森手写了一个标题“北纬53°18′巴罗村日出日落表；及钟表准确时，长钟摆与太阳之间应该且必定存在的偏差表”。53这段文字听起来古怪有趣，部分原因在于它的表述方式太古老，部分原因则是它本身就含糊不清。据那些最崇敬哈里森的人说，他一直不知道怎样以书面形式清楚地表达自己的意思。他写出来的东西含混不清，就像“嘴里含着石子”的证人所作的口供。不管在他头脑里产生的思想或在他的钟表里实现的思想是怎样地熠熠生辉，一经他用语言表述出来，马上就会黯然失色。他在自己发表的最后一部作品中，大致地描述了和经度局打交道的整个过程。在讲述这段令人很不是滋味的历史时，他那没完没了的委婉啰唆风格真是得到了淋漓尽致的发挥——书中第一个句子就长达25页，甚至连标点符号都不带一个！

在个人交往方面，哈里森倒是直率得很。他不失时机地向伊丽莎白·巴雷尔求婚，并于1718年8月30日与她成亲。第二年夏天，他们的儿子约翰降生了。后来，伊丽莎白在孩子不满7岁的那个春天就因病去世了。

对于哈里森鳏居期间的私人生活，我们知之不详。这是不足为怪的，因为他并没有留下什么日记或信件，记述他这段时间的活动和忧虑。不过，他所处教区的记录表明，他在伊丽莎白去世6个月后，又娶了一个比他小10岁的妻子。哈里森和他的第二任妻子伊丽莎白·斯科特于1726年11月23日结婚，并在一起共同生活了50年。婚后没几年，他们就生了两个孩子。第一个孩子是生于1728年的威廉，他后来成了父亲的捍卫者和得力助手。至于第二个孩子——生于1732年的伊丽莎白，我们只知道她是在12月21日这天受洗礼的，除此之外一无所知。哈里森和前妻生的孩子约翰在18岁时就死了。

没有人知道哈里森最初在什么时候又是通过什么途径听说了经度奖金这件事。有人说：赫尔港（Port of Hull）离哈里森家不远，就在北面五英里处；那是英格兰的第三大港口，悬赏的消息肯定早就在那里炒得沸沸扬扬了；而随便哪个海员或商人都可能将这个公告的内容带到亨伯河下游，并通过摆渡传到河对岸去。

可以想见，哈里森在成长的过程中，对经度问题一定很熟悉——那情形就像如今随便哪个机灵的学童都知道人类急需治疗癌症的良方，也知道我们在核废料处理方面并没什么好办法。经度问题是哈里森生活的那个年代所面临的一大科技难题。甚至在国会悬赏之前——至少在他获悉有这笔奖金之前，哈里森似乎就已经开始思考如何确定海上的时间和经度了。总之，不管哈里森是否对经度问题偏爱有加，他一直以来忙于从事的工作已为他解决这个问题作好了思想准备。

1720年左右，已成了当地一个小有名气的钟表匠的哈里森，被查尔斯·佩勒姆爵士（Sir Charles Pelham）请到他位于布罗克莱斯比庄园（Brocklesby Park）的府第，为新马厩建造一座塔钟。

于是，曾担任教堂敲钟人的哈里森受布罗克莱斯比塔的吸引，再次爬到了他熟悉的高空。不过，这一次不是去扯动钟绳，而是设计制造一台可以在高高的塔楼上向所有人忠实地播报正确时间的新仪器。

哈里森在1722年左右完成了这座塔钟，它现在仍在布罗克莱斯比庄园里向人们报时。它已连续运转了270余年——仅在1884年工人们对它进行装修时，才短暂地停过一段时间。

从精美的外壳到无摩擦的齿轮传动机构，处处都表明这座塔钟的制作者是一位大师级的木匠。比如，这座钟不用上油就能工作。它从来都不需要润滑剂，因为那些需要润滑的部件一般都采用一种会自己渗出油脂的热带坚木——愈疮木（Lignum Vitae）雕刻而成。哈里森还小心地避免在钟内任何部件上使用钢或铁，以免在潮湿的环境下生锈。凡是需要金属的地方，他都装上了铜制部件。

在用橡木制造齿轮传动机构时，哈里森还发明了一种新的齿轮。时钟运转轮系中的每一个齿轮就如同儿童画里的太阳——木纹线从齿轮中心向齿尖辐射，就像用铅笔直尺画上去的一样。为了进一步从结构上保证轮齿经久耐用，哈里森特意选用了快速生长的橡树木；这种树树干里的年轮一圈一圈间距较远，包含了更多的新木，因而加工出来的木材纹理宽且强度高。（在显微镜下观察，年轮部分跟空洞密布的蜂窝似的，而年轮之间的新木看上去则像是实心的。）在可以牺牲一点强度的其他部位，比如齿轮的中心部分，哈里森总是选用生长较慢的橡木，以减轻重量——年轮靠得越近的木头，看上去木纹越多，掂起来也越轻。

哈里森对木材的精准认识在今天也许比较好理解，因为我们有了后见之明，而且还可以用X光来验证他所做出的抉择。回顾起来，还有一点也很明白，那就是当哈里森在布罗克莱斯比庄园的高塔上，采用不用上油的齿轮机构时，他已经朝着制造航海时钟的方向迈出了重要的一步。不用上油的时钟在此之前绝对是闻所未闻的，而它跟过去造出来的任何时钟相比，在海上进行精确计时的可能性却要大得多。因为在航行的过程中，随着气温的上升或下降，润滑油会变稀薄或浓稠，从而导致时钟走得过快或过慢，甚至完全停摆。

在制作别的时钟时，哈里森跟弟弟詹姆斯进行了合作。詹姆斯比他小11岁，但跟他一样，也是极好的工匠。在1725年至1727年之间，兄弟俩一起制作了两台落地式大座钟。詹姆斯·哈里森用醒目的手写体在这两台钟上签上了自己的名字，就签在刷过漆的木质钟壳的外表面上。尽管钟表史学家们谁也不怀疑约翰才是这两座钟的设计师和制作过程的主导者，可是里里外外哪里也找不到约翰·哈里森的名字。有记录显示约翰在日后生活中不乏宽宏大度的行为，据此判断，他似乎是存心要帮年少的亲弟弟一把，让弟弟一个人将名字签在两人联手创造出的作品上。

两样新奇的小玩意，确保了这些落地大座钟能以几乎完美的方式精确计时。哈里森这两个精巧的发明后来被称作“烤架”和“蚱蜢”。如果你到伦敦同业公会会所，还可以看到由哈里森兄弟制作的一台钟紧靠后墙安放着。从它外壳上的小玻璃窗往里看，就会明白这个叫“烤架”的小玩意从何得名。透过窗子就可以看到的那一截钟摆，是由两种不同金属条相间合成的，很像用来烤肉的烤炉上的那些平行钢条。这种“烤架”钟摆真的耐得住冷热，且不会有负面作用。

在哈里森生活的那个年代，多数钟摆受热会膨胀变长，因而在热天里会摆得慢些。若遇冷，它们又会收缩，因而又会摆得快些，于是时钟的走速就朝相反的方向变。每种金属都会呈现出这种讨厌的趋势，只是程度不同而已，也就是说每种金属都有自己独特的热胀冷缩率。哈里森将两种不同的金属条——黄铜条和钢条——长短不同地组合在一起制成一个摆，就解决了这个问题。在温度变化时，这些组在一起的金属彼此抵消长度上的变化，因此钟摆就不会摆得太快或太慢了。54

“蚱蜢”擒纵器55是对时钟“起搏器”的“心跳”进行计数的器件，它的名字源于其中那些交叉部件的运动方式。这些部件运动起来，看着就像蚱蜢跳动时后腿的踢动一样，不过是无声无息的，也不存在深深困扰着已有擒纵器设计的摩擦问题。

哈里森兄弟利用星辰有规律的运动，对他们制作的“烤架——蚱蜢”时钟进行了精确度测试。他们用自家窗户的一条边框和邻居家烟囱柱的侧影，作为自制天文跟踪仪器上的十字准线，用于星星定位。夜复一夜，当给定的几颗恒星跑出他们的视野范围并消失在烟囱背后时，他们就记下时钟的钟点。因为地球的自转，恒星消失的时间每晚刚好比前一晚提早了3分56秒（太阳时）。如果哪一台钟能够跟这个恒星时间表同步，那就证明它和上帝创造的伟大天钟一样完美无缺了。

在所有这些深夜测试中，哈里森兄弟制作的时钟在整整一个月里累计误差都没有超过一秒钟。这让当时世界上生产出的具有最高质量的钟表都相形见绌了，因为它们每天会有一分钟左右的漂移。比哈里森钟表所达到的非凡精度更绝的只有一件事，那就是这一前所未有的高精度竟然是由两个乡巴佬独自创造出来的，而不是出自托马斯·托姆皮恩56或乔治·格雷厄姆57之类的大师之手，尽管这些人在伦敦市区的钟表制作中心拥有昂贵的材料和许多熟练的机械师。

哈里森晚年回忆道，到了1727年，获得经度奖金的愿景已促使他将精力转向克服航海钟里存在的特殊困难。他意识到，如果能将自己那些精巧的时钟进行改造，使之适于海上使用，那他就可以名利双收了。

他已找出了绕过润滑剂问题的途径，以无摩擦的机械在精度上达到了新高，并研制出了一种适合所有季节使用的钟摆。他准备着手对付带咸味的空气和多风暴的海洋了。具有讽刺意味的是，哈里森看出：要获得那20 000英镑的奖金，他将不得不放弃他的“烤架”钟摆而另辟蹊径。

尽管“烤架”钟摆在陆地上获得了成功，但钟摆毕竟是钟摆，在翻腾的海面上，什么样的钟摆都会失灵。为了取代带摆锤的分段摆杆，哈里森开始在头脑中构想出一组有弹性的跷跷板，它们自成体系，相互平衡，因而经得住最猛烈的海上颠簸。

经过将近4年的不懈努力，他终于想出了这种令自己满意的新颖装置。然后，他就启程前往200英里外的伦敦，打算将自己的计划和盘托给经度局。