六
伽利略發明的木星衛星法雖然解決了地圖繪製的問題，但卻不能幫助海員們發現自己的位置，因為木星實在是太遠了，在陸地上觀測都很困難，觀測者的心跳都會使衛星跑出望遠鏡的視野，更別說在海上了。
就在歐洲大陸的科學家們忙著觀測木星衛星的時候，一個法國貴族悄悄來到了英國。他不太瞭解法國天文臺所做的觀察，因此他堅持認為依靠月亮的軌跡來計時更加準確，畢竟月亮很大，觀測起來要容易得多。這位法國貴族的一個女性朋友當時是英王查理二世的情婦，她向這位國王解釋了“月距法”，國王對此很感興趣。英國擁有當時歐洲最大的商船隊，查理二世當然明白經度測量的意思所在。聽了情婦的解釋後，他迅速召集英國的一批頂尖科學家前來開會，請他們對“月距法”做出評價。這其中有個年僅27歲的天文學家，名叫約翰·弗拉姆斯蒂德（John Flamsteed）。他指出，這個方法從原理上來講確實可行，但首先必須畫出一張準確的星表，搞清所有的星星每時每刻所在的位置，然後再搞清月亮每一天的執行軌跡，只有先完成這兩件工作，才有可能運用這個方法進行海上定位。
1675年，查理二世採納了弗拉姆斯蒂德的建議，從國庫裡撥出500英鎊，在倫敦郊外的格林尼治村（Greenwich Village）的一個小山包上建成了一座天文臺，弗拉姆斯蒂德被任命為這個皇家天文臺的第一任臺長，還被封了一個“皇家天文學家”的頭銜。查理二世許諾給他的年工資是100英鎊，這在當時可算是高薪了。不過，他每年要上繳10英鎊的稅，還要從這筆錢裡支付助手和儀器的費用，所以經濟上並不算很寬裕。雖然如此，弗拉姆斯蒂德仍然找到當時英國最好的製表匠，號稱“英國鐘錶業之父”的托馬斯·湯姆皮恩（Thomas Tompion），從他那裡定做了兩臺擺鐘，鐘擺長達4米，每天的誤差小於2秒，這是當時世界上最準的鐘錶。
天文觀測是一項枯燥的工作，好在弗拉姆斯蒂德是一個耐得住寂寞的人。他本人不算聰明，他的長處就是他的毅力，這是天文學家必不可少的一項品質。自從擔任了天文臺臺長之後，他把家安在了這裡。他平時基本上不下山，堅持每天觀察，從不間斷。這就不難解釋為什麼他直到46歲才娶了一位23歲的女士為妻，兩人很恩愛，但沒有生小孩。
具體來說，弗拉姆斯蒂德的主要工作就是在天空中劃定一條假想的零經度線，然後準確地記錄每顆星星透過這條線的時間和所處的高度。只有積累了足夠多的資料，才能準確地畫出一張具有實用價值的星表。弗拉姆斯蒂德上任後不久，就透過這些資料得出了一個副產品：他證明地球的自轉確實是勻速的（其實並不勻速，但其誤差遠小於當時儀器的測量極限），這為月距法的成功打下了堅實的基礎。
說起來，當時英國最有名的天文學家其實並不是生性固執死板的弗拉姆斯蒂德，而是性格活潑的埃德蒙德·哈雷（Edmond Halley），後者因為準確地預測了哈雷彗星的歸期而名聲大躁，而他本人的名字也因為這顆彗星而永遠留在了歷史書上。大概是因為性格相反的緣故，弗拉姆斯蒂德和哈雷是一對冤家，兩人從來說不到一起去。弗拉姆斯蒂德死後，英國皇家科學院任命哈雷為第二任皇家天文臺臺長，弗拉姆斯蒂德的妻子知道這個任命後，立即變賣了天文臺裡所有的傢俱，甚至把望遠鏡和擺鐘都賣了。這些儀器都是弗拉姆斯蒂德自己掏錢買的，他妻子絕對不想讓哈雷佔有丈夫的心血。可是，這樣做的結果就是，本來應該用來收集資料的儀器，甚至連弗拉姆斯蒂德花費了多年時間積累起來的一部分原始資料都丟失了。
弗拉姆斯蒂德在世的時候，哈雷就一直想得到他的資料。這倒不光是為了他自己，而是受牛頓的囑託。當時牛頓是英國皇家科學院的院長，在英國科學界有很高的威望。他提出萬有引力定律後，一直在尋找證據，而月亮的移動軌跡就是最有力的證據之一。牛頓知道弗拉姆斯蒂德的觀測結果能夠證明自己的理論，因此千方百計想得到這批資料。可是，古板的弗拉姆斯蒂德卻以觀測未完成，資料不夠準確為由，拒絕了牛頓的建議。無奈的牛頓只好找哈雷幫忙，哈雷借工作之便，從格林威治天文臺偷了一部分資料出來交給了牛頓。牛頓如獲至寶，立即將這批資料印成盜版書出版了。
可想而知，弗拉姆斯蒂德大發雷霆。他想辦法買到了400本已印行的書中的300本，然後把它們付之一炬。他給自己的助手寫信說：“如果牛頓爵士明白事理的話，他一定會同意，我這樣做是幫了他和哈雷博士一個大忙。”
這件事發生在1712年。兩年之後，弗拉姆斯蒂德去世。又過了11年之後，他的遺孀和助手這才終於整理完所有的資料，出版了《不列顛星表》（Historia Coelestis Britannica）。這本書記錄了3000個星星的位置，準確到10秒弧度，是當時世界上最準確的星表。
這本星表是月距法的一個重要的支柱。另一根支柱是預測月球的運動軌跡，有意思的是，恰恰是弗拉姆斯蒂德本人，延誤了這根支柱的解決時間。
原因就是那次著名的“燒書事件”。後人大都十分贊同弗拉姆斯蒂德的做法，把他燒書的行為看作是一個不向強權妥協的典範。可是，實際情況並沒有那麼簡單。當時牛頓正在試圖透過萬有引力公式計算出月球的軌道，可是，這個計算非常複雜，因為他必須同時考慮地球、月亮和太陽之間的引力作用。據說牛頓每次一想起這個問題就會頭痛，必須想點別的，否則就睡不著覺。
弗拉姆斯蒂德手裡掌握著月球的觀測資料，這對牛頓的計算非常有幫助，所以牛頓急著想要得到結果，以便自己能儘快找出計算月球軌道的竅門。可是弗拉姆斯蒂德是個非常極端的完美主義者，他一定堅持要把所有星星的資料都做在一本完美的書裡。結果，由於得不到弗拉姆斯蒂德資料的支援，牛頓被迫放棄了這項研究，否則的話他很可能早就計算出了月球的運動軌跡，月距法也就很可能早就被應用到航海中了。
現代科學的進步不能光靠孤軍奮戰，需要科學家之間進行廣泛的合作。弗拉姆斯蒂德在性格上的某些缺欠防止了他和別人合作，這其實應該算是他一生中最大的敗筆。
正是因為月距法陣營的自亂陣腳，才給了鐘錶法一個奮起直追的機會。經度之戰終於正式打響了。
七
300年前，也就是1707年10月，英國海軍上將克勞迪斯里•肖維爾爵士（Sir Clowdisley Shovell）率領一支英國艦隊在地中海打敗了法國。可是，在返航途中，船隊遇到了大霧，有12天見不到太陽。船員們只能透過對航速的估算，判斷自己的位置。
10月22日晚，肖維爾爵士驚恐地發現，船隊駛進了錫利群島中間，觸礁在所難免。肖維爾肯定後悔極了，就在那天白天，他剛剛下令處死了一名水手，此人竟然向他報告說，領航員測出的經度是錯的，艦隊正在駛向死亡。英國海軍嚴禁下屬越級報告船隻位置，這位水手冒著掉腦袋的危險說出了自己的擔心。為了嚴肅軍紀，肖維爾爵士以“叛亂罪”把此人絞死在甲板上。
可是，當天晚上大霧迷漫，肖維爾爵士後悔都來不及了。旗艦“聯合”號首先撞上暗礁，並迅速沉沒。另外3艘軍艦也先後步其後塵。就這樣，在短短的幾分鐘內，整個艦隊的5艘戰船沉沒了4艘，1600多名水手被淹死。只有兩人奮力游到了岸上，其中一人就是肖維爾爵士本人。可是，就在他精疲力竭地躺在沙灘上休息時，一個貪婪的婦女發現了他。為了得到他手指上的那枚綠寶石戒指，她殘忍地殺死了肖維爾爵士。30年後，這位婦女臨終前向牧師坦白了自己犯下的罪惡，並拿出那枚戒指做為證據。
其實，類似的海上悲劇早已發生過多起。17世紀末期，每年都有將近300艘商船往返於不列顛群島和西印度群島之間，與中北美洲進行貿易。每艘船上的貨物都價值連城，因此經常受到海盜的襲擊。由於測不準經度，遠洋船經常在海上迷失方向，浪費很多時間。當時還不知道維生素的作用，海員們由於缺乏維生素C，很容易得壞血病。他們的血管壁非常脆弱，經常造成內出血，人浮腫得厲害，痛苦不堪。一旦腦血管破裂，就要把命搭上。
錫利群島發生的悲劇由於距離英國本土近，死亡人數多，在英國國內引起了廣泛的關注，經度問題再一次成了街頭巷尾議論的話題，甚至變成了一項全民“智力測驗”。不斷有人提出一些匪夷所思的建議，其中最有趣的要算是“通靈藥粉法”。這人聽說有個法國爵士發明了一種神奇的藥粉，可以幫助面板割傷的人儘快癒合（儘管癒合過程非常疼痛）。這種藥粉具有通靈的效果，只要把它塗抹在割傷病人的那把刀上，就能夠產生功效。於是，他設想，在每一艘出海的遠洋船上養一條狗，事先用刀在狗身上割一個口子。然後留在倫敦的助手只要每天中午12點按時在刀口撒一點“通靈藥粉”，就能讓遠在天邊的狗感覺到疼，因而大叫起來。於是，船員就可以確切地知道倫敦當地時間了！
明眼人很容易看出這個方法屬於偽科學，但是當時竟然真的有人相信，可見偽科學無論何時何地都會有市場。
八
還有一些人，提出了一些看似合理的建議。比如，英國有兩位頂尖的數學家在一次閒談中想出一條“妙計”，兩人在《衛報》上合寫了一篇文章，詳細描述了這個方法：派出一支海上艦隊，每隔600英里停一艘，這就相當於在海上建立了一串烽火臺。然後，每艘船都在當地時間午夜零點的時候向天空中發射一枚煙花彈，往來船隻只要注意聆聽煙花彈發出的爆炸聲就能知道自己的位置了。
兩位數學家根本沒有考慮過，供養這樣一隻龐大的艦隊是否可行。可他倆居然還想到了海盜的問題，在建議書中寫到：“如果有人膽敢破壞訊號船，應被視為嚴重的犯罪行為。”
這個方法不能算偽科學，但是很顯然，這兩人都是在書齋裡坐得太久了，完全不瞭解外面的世界到底是怎樣的。類似這樣的科學家直到現在還經常出現在公眾的視野裡，依靠一些異想天開的主意，指點江山。
這兩人很執著。他們自費出版了一本小冊子，並在英國發起了一項情願活動，很多艦隊隊長、商船船長和商會代表在情願書上籤了字。他們向英國政府施壓，要求設立一筆獎金，促進經度問題的解決。1714年，英國國會真的成立了一個“經度委員會”（Longitude Board），英國人動真格了。
委員會剛成立不久，委員們就去找牛頓，請他提意見。當時牛頓已經72歲了，自知很難憑藉自己的腦力解決這個問題。但是他還是認真地寫了一份意見書，總結了幾種可能的解決辦法。他首先指出，鐘錶法理論上是可行的，但是由於船隻的運動，以及遠洋過程中溼度、溫度和重力的不斷變化，這樣的鐘表還沒有造出來。他還暗示說，符合航海要求的鐘表將來也不太可能被製造出來。
他還提出了月距法，認為這種方法也是可行的，但天文學家們仍需進行大量的工作。
委員會認真考慮了牛頓的建議，決定設立經度獎金，對所有合理的方法，無論是否出自英國本土科學家之手，一律一視同仁。1714年7月8日，英國政府正式頒佈了一項“經度法案”，法案規定，凡是有辦法在地球赤道上將經度確定到半度範圍內的人，獎勵2萬英鎊；將經度確定到三分之二度範圍內的人，獎勵1.5萬英鎊；將經度確定到一度範圍內的人，獎勵1萬英鎊。
當時地理學家已經知道，地球赤道上經度一度的距離大約是60海里，相當於108公里。這個距離對於航海來說並不是一個可以忽略不計的距離，由此可見當時人們對經度的測量是非常沒有信心的。
這個經度大獎如果對應於時間的話，是多少呢？已知每小時對應的經度是15度，半度經度就相當於2分鐘。當時，從倫敦出發的帆船大約需要6個星期的時間才能到達加勒比海，由此可以算出，如果採用鐘錶法的話，這塊表每天的誤差不能大於3秒鐘。前文已經指出，當時格林威治天文臺使用的那臺堪稱世界最準的擺鐘也只能做到每天誤差不超過2秒，而那是一臺鐘擺長達4米的龐然大物，而且還是在陸地上工作！所以，當時沒人能夠想象得出如何才能造出這樣一臺鐘錶，能夠抵抗遠洋航行的干擾。
但是，2萬英鎊的誘惑實在是太大了！據估計，1714年時的2萬英鎊大約相當於現在的1800萬美元。換算成人民幣的話，這是一筆超過1億元的鉅款！
重賞之下必有勇夫。很快，經度委員會的門檻就被前來應徵的人們擠破了。可惜的是，很多人連具體問題都沒有搞清，有人拿來了永動機的設計模型，還有人拿來了測量航速的“秘密武器”。這些方法完全不靠譜，委員會的人只有苦笑。
有個名叫傑瑞米·塔克（Jeremy Thacker）的人提出過一個值得一提的方法。他設計了一臺小巧的擺鐘，把它放進一個真空容器裡，這樣就避免了氣壓和溼度的影響。他設想這臺“精密時計”（Chronometer）被放在一個常平架上，這樣就杜絕了船隻搖晃產生的影響。可是，這樣一臺鐘錶並不能抵抗溫度的變化。要知道，擺鐘的速度和鐘擺長度有很大的關係，長度的微小變化就將帶來巨大的差異。事實上，塔克經過試驗後承認，他設計的這臺“精密時計”即使在最完美的情況下，也只能做到每天誤差低於6秒，遠遠達不到經度委員會的要求。
這樣一個“世紀難題”，需要一個百年不遇的天才來解決。經度之戰的主角馬上就要出場了。
九
300多年前，一個平凡的人根本不會在地球上留下多少痕跡，約翰·哈里森（John Harrison）就是這樣。他於1693年3月24日出生在英國約克郡，在家裡的5個孩子中排行老大。關於他的家庭，以及童年生活的細節，至今所知甚少，只知道他們一家不知何故突然搬到了林肯郡的一個名叫巴羅的小村子，附近有一條名叫亨波的小河。
哈里森子承父業，跟著父親學會了做木工。沒人知道他跟誰學的小提琴，反正後來他曾經在教堂的唱詩班擔任指揮，並且對音階的基本理論發生了興趣。同樣，沒人知道他從何時開始突然渴望讀書，那時有關自然科學的書非常稀少，一位牧師借給他一本劍橋大學數學家桑德森教授所做的自然哲學講座的記錄，哈里森如獲至寶，把整本書都抄了下來，還給這本手抄本起了個名字，叫《桑德森先生的機械學》。
成年後的哈里森對文學一直缺乏興趣，一輩子拒絕閱讀莎士比亞，卻把這本《機械學》，以及牛頓的《自然哲學之數學原理》奉為珍寶。事實證明，哈里森確實缺乏文學素養，不善於用書面語言清楚地表達自己的意思。他曾經把自己和經度委員會打交道的過程寫成了文字，結果第一句話就佔了25頁，而且幾乎不帶一個標點符號！
1713年，19歲的哈里森造出了一臺擺鐘。沒人知道他為什麼這麼做，也沒有證據證明他跟任何人學過這門手藝，因為當時巴羅村附近從沒有生活過任何一位鐘錶匠。後人猜測他只是把一座現成的擺鐘拆了開來，研究了一下內部結構，就自己仿製了一臺。可是，那時的擺鐘非常昂貴，很難想象哈里森是如何得到一臺能讓他隨便拆解的擺鐘的。
值得一提的是，英國人特別喜歡機械，歷史上出過很多機械大師。世界上第一座機械鐘就是由英國貝特福德郡的一個不知名的英國機械師於1283年製造出來的，在此之前人們只能用日晷、沙漏或者水漏來計時。
無論哈里森從哪裡得到的靈感，他確實造出了一臺擺鐘。如今它被保存於倫敦同業工會會所的展覽室內，凡是看到它的人都會首先發現一個令人驚訝的事實：這座擺鐘幾乎完全是用木頭做成的。它用橡木做齒輪，黃楊木做軸，只在連線處用了少量的黃銅和鐵。哈里森確實是一個好木匠，他對木頭的結構很有研究，充分利用了橡木的紋理，把最堅實耐磨的部分用在了齒輪上，因此這檯鐘的木齒在正常情況下永遠不會因磨損而脫齒。
這座塔鐘也是木製的，不用上油就能工作。哈里森選用了一種會自己滲出油脂的熱帶堅木做為摩擦部件，非用金屬不可的地方也都選用了上等黃銅，因此這檯鐘完全不必擔心生鏽，杜絕了空氣溼度對精度造成的影響。
但是，這座鐘真正值得稱道的是哈里森做出的兩大發明。第一，他設計了一種新式擒縱器（Escapement），並根據它的樣子起名叫做“螞蚱”（Grasshopper）。擒縱器是鐘錶的核心部件，它在鐘錶的動力源（比如彈簧“弦”）和計數器（比如鐘擺）之間建立了聯絡，負責把能量傳遞給計數器，同時把計數器的脈動傳遞給鐘錶指標。通常，擒縱器是摩擦的主要來源，但哈里森設計了一種像螞蚱腿似的擒縱器，幾乎完全沒有摩擦，這就極大地提高了鐘錶的精度和抵抗環境變化的能力。
第二，哈里森設計了一個“烤架”式鐘擺。如前所述，鐘擺的長度對擺動頻率影響極大，而金屬的熱脹冷縮是早期鐘錶不準的最大的原因。哈里森透過實驗知道，銅和鐵有著不同的熱脹冷縮比，於是他把9根長短不同的銅棍和鐵棍並列在一起，組成一個像烤肉架一樣的東西，兩種金屬不同的漲縮程度相互抵消，於是鐘擺的長度就不受溫度的影響了。
為了驗證這座塔鐘的準確度，哈里森學會了利用星星來定時。他和弟弟合作，每天在自家臥室裡觀察幾顆恆定的星星。他們用臥室窗戶的窗框和鄰居家的煙囪做為準線，記錄這幾顆星星消失在煙囪背後的時間。因為地球自轉的緣故，每顆星的消失時間都會比前一天快3分56秒。哈里森用這架“天文鐘”矯正了自制的塔鐘，發現這臺塔鐘每個月誤差不超過1秒鐘，其精度達到了前所未有的高度。如此高的經度完全得益於這兩項新技術，哈里森單槍匹馬引發了製表業的一次革命。
十
沒人知道哈里森是在什麼時候知道經度獎金的。不過經度問題是當時歐洲家喻戶曉的一個難題，哈里森沒有理由不知道。但是，據他後來回憶，直到1727年時他才開始專注於這個問題，畢竟他在此之前製造的鐘表都是固定在地上的。要想適應海洋，還需克服不少新的困難。
哈里森經過4年的努力，終於想出瞭解決船隻晃動的辦法。他設計了一種平衡擺，兩隻鐘擺的兩頭分別用一根彈簧連線在一起。這樣一來，一根鐘擺受到的震動就會被另一根鐘擺所抵消，無論船再怎麼搖晃，都不會影響這種平衡擺的頻率。
想出了這個妙法之後，哈里森正式決定向經度難題發起挑戰。他帶著設計圖紙，去倫敦找經度委員會。可一問才知，這個大名鼎鼎的委員會連個辦公室都沒有。原來，委員們受不了白痴們整天轟炸，乾脆僱了一名秘書負責把關，他所做的工作就是列印一封封格式化的回信，告訴那些瘋子們：你們別想了，這2萬英鎊不屬於你們。
找不到委員會，哈里森只好去找他唯一聽說過的人－格林尼治天文臺的新臺長哈雷。哈雷待人非常熱情，他耐心聽了哈里森的述說，然後誠懇地告訴他：經度委員會只有三類人：天文學家、數學家和航海家，沒人能看懂你的圖紙。
哈雷推薦哈里森去找喬治·格雷厄姆（George Graham）。此人比哈里森大20歲，是當時倫敦最有名的鐘表匠，也是英國皇家學會（相當於中國科學院）的會員。第二天上午十點，哈里森準時敲開了格雷厄姆家的大門。一開始格雷厄姆的態度並不十分友好，可當他看了一眼圖紙後，立刻意識到眼前這個從鄉下來的木匠不是在開玩笑。結果，兩人從上午十點一直討論到晚上八點，格雷厄姆還請哈里森吃了頓豐盛的晚飯。臨走前，格雷厄姆從自己的私人金庫裡拿出200英鎊，把它做為無息貸款借給了哈里森。
“你不用著急還這筆錢，”格雷厄姆說，“我只想盡快地看到你用這筆錢做出一臺樣鍾來。”
這位喬治·格雷厄姆被後人譽為“正直的喬治”，是有道理的。
哈里森拿到這筆鉅款後，立刻回家和弟弟一起開始了艱苦的工作。5年之後，也就是1735年，第一臺樣鍾做出來了。這臺被稱為H1的航海鍾重達42公斤，被裝在一個長寬高均為1.3米左右的銅殼內。兄弟倆用家裡的壁爐檢驗了它抵抗高溫的能力，又把它放進一艘小船，在村子旁邊的亨波河上檢驗了它對付搖晃的水準。滿意了之後，兩人把它抬到了倫敦，去找格雷厄姆。格雷厄姆立即找了5位皇家學會的會員前來參觀，其中自然包括哈雷。5人檢查了H1的機械結構，一致叫好，並聯名給經度委員會寫了一封熱情洋溢的推薦信。
有了專家的推薦，經度委員會出錢讓哈里森帶著H1出海檢驗。首次遠航的目的地選擇了葡萄牙的里斯本，1736年，英國海軍大臣親自寫了一封介紹信，把哈里森送上了“百夫長”號軍艦。船長普羅克特安排H1“住”進了自己的休息室，還用鐵鉤把H1吊在房頂上，儘量減少震動。哈里森就沒這麼好運氣了，這是他第一次出海，暈得上吐下瀉。所幸去時遇到順風，一個星期後就到達了里斯本。可船一靠岸，好心的普羅克特船長就猝死了，沒有來得及在航海日誌上留下關於H1的任何記錄。
回程的時候，“百夫長”號遇到了風暴天氣，在海上飄了一個多月才返回英國。就在船快要靠岸的時候，新船長認為對面是達特茅斯附近的斯塔特，而哈里森根據H1給出的經度資料，認為這是彭贊斯半島上的利澤德。
最後證明H1是對的，兩地相差100公里。在暗礁密佈的英國海灘，這100公里的差別足以造成一次海難。