科技发明创造对历史进程的推动,可以从一个古老的故事开始讲起。
从15世纪起,欧洲各国便开启了海上扩张的时代,越来越多的航船启程去海外开辟贸易市场和殖民地,为此不惜发动战争,在海外争夺金银财宝。率先行动并占有优势的国家当属西班牙、荷兰。
但大海茫茫,风暴、骤雨、浓雾等恶劣的天气时有出现。当时航海技术有限,航船常常会迷失方向,走错航道,以致触礁沉没;或者在战场上找不到指定位置,或者找不到陆地无法补给,船毁人亡的事件频繁发生,这些都是由于不能在海上准确定位所导致的。
18世纪初英国航海事业要奋起直追。1707年,英国海军上将克劳迪斯里·肖尔爵士率领的舰队,在地中海打败了法国舰队,返航途中遇到了大雾,有12天见不到太阳,只能凭估计判断自己的位置。当肖尔爵士惊恐地发现舰队已驶入了锡利群岛中间时,为时已晚,在大雾弥漫的晚上,舰队的5艘军舰中,有4艘撞上暗礁迅速沉没,1600多名水兵被淹死。这一事件震惊了英国朝野。
现在人们都知道,只要把地球表面用经度和纬度划分,经过准确的经、纬度测量,就可以知道航船在海面上的位置。早期,船长们已经都能够利用太阳升起的高度,或在北半球航行时,通过测量北极星在地平线上的高度来确定纬度,但对于经度的准确测量却一直是困扰着世界的大难题。
巨大沉船事件,促使英国国会专门成立了一个“经度委员会”(Longitude Board),并设立了高额的“经度奖金”。同时西班牙、葡萄牙、荷兰、法国、意大利,也相继出台了奖励措施。
其实,科学家一直都在努力试图解决这一课题。早在1530年,荷兰天文学家伽马·弗里西斯就提出“以时间差确定经度”的原理,即利用钟表来测量时间差。地球径向划分360度,其自转一周是24小时,一小时转15度,4分钟转一度。他设想携带钟表去航海,在航行中利用太阳高度,测量当地的时间,再与从出发港携带的钟表指示的时间进行对比,若相差一小时,则可算出当地经度与出发港经度相差15度。牛顿也曾肯定钟表法是可行的。
科学道理被发现,但技术问题却无法顺利解决。当时世界上最准的钟,当属英国格林尼治天文台时钟,每天误差不超过两秒。但它的钟摆长达4米。这样一个庞然大物,如何安放在航船上呢?何况,远航中温度、湿度和各地重力的不断变化,船体的强烈颠簸,海盐的侵蚀等各种因素的影响,钟表也很难准确运行。
这时出现的一个天才解决了技术难题。约翰·哈里森(John Harrison,1693—1776,图2-1),1693年出生于英国的约克郡,从小跟父亲学习木工,19岁时无师自通地制造出一台木头摆钟,27岁时为当地庄园主建造了一座塔钟,完工后,人们惊讶地发现,它每个月误差不超过一秒,在准确性上远远超过了格林尼治天文台的时钟。
图2-1 约翰·哈里森
图2-2 第一台航海钟H1
在“经度委员会”的资助下,哈里森开始了航海钟的研发工作。1735年他成功地制造出第1台航海钟H1(图2-2),之后的20多年他不断改进,相继造出H2、H3型航海钟,虽然已很好地补偿了温度的影响,解决了离心力带来的误差等,但他仍不满意,苦苦追求、精益求精。终于,1759年,世界上最精确的航海钟H4问世。H4直径13厘米,重1.45千克,在海上漂泊了3个月的使用中,只慢了5秒钟,经过委员会鉴定发现,H4能够将经度确定在10英里(约16千米)范围内。这在当时,可称为重大科学和技术成就,哈里森的贡献受到英国皇家的高度表彰,本人被授予爵士爵位。英国对此项技术严格保密,并利用这一准确定位技术,先后打败了西班牙、葡萄牙、荷兰等国舰队,成就了数百年的海上霸业,成为“日不落帝国”。
故事虽然已过去数百年,回忆起来仍意味深长。科技创新对推进社会发展的巨大作用应是永恒不变的。也正是由于这个故事的启示,加之当今国内发展与国际竞争的形势,才使笔者下决心,撰写了这本作品。