上集［http://www.weibo.com/p/1001603809242023885201］说到亨勒因发明了机械钟，当时的钟只有时针，没有分针和秒针，因此只能大概给出一个时间，远谈不上准确计时。不过，经过欧洲工匠们几个世纪的不断改进，机械钟到了18世纪已经比较准确了，至少对付日常工作中的计时是没有问题的。但是这还远远不够，因为一件事情让社会对更准确的钟产生了需求，那就是航海的需要。

罗辑思维做了一期比较煽情的节目介绍航海钟的发明，讲了很多卓有趣味的故事，这些故事我们就不重复了，其实这些故事都是来自《经度》一书，英国还把这本书拍成了电视片。我们来讲讲航海钟发明的始末、技术上的特点以及从技术发展的角度看，这件事背后反映出来的东西方文化上的差异。

我们知道在海上确定位置需要靠经度和纬度两个数字（也就是球面坐标），纬度比较好测量，因为它有一个绝对的零度（赤道）和90度（南北两极），在不同维度观测天体的角度是不同的。经度比较难确定，因为它没有绝对的零度，今天之所以以格林尼治天文台的位置定为零度，是英国英国牛逼，当年路易十四时，还把巴黎定为零度，如果当年中央帝国把欧洲打得满地找牙，可能紫金山天文台的位置是零度。既然零度可以随便定，船到了大西洋上一个点怎么能知道是西经50度还是60度。那有人说了，看标准时间（比如以格林尼治时间为准），然后对应太阳或者星空的位置（当地时间）。这是可行的方法，因为知道两个时间差，以及地区自转的速度，就能知道经度，但是准确的格林尼治时间怎么来？这就需要一只非常准确的钟，使得它在航海几个月后，误差不能超过1分钟（每差出一分钟，在赤道上就差出27公里），这在今天一般的机械表也很难做到，何况那只钟还要经历海上的颠簸，因此当时科学家（哈雷、牛顿）和钟表匠们都认为这件事做不到。

为了解决测量经度的难题，当时英国政府悬赏2万英镑（相当于今天的上百万英镑）。重赏之下，必有勇夫，英国约克郡的木匠兼业余钟表匠哈里森（John Harrison，1693-1776）决定试一试（不是像传奇故事里说的只会做木匠活）。其实在他之前，就有人在研制航海钟，著名科学家惠更斯就曾经发明了摆钟，并且制造了第一航海钟，但是准确度远远不够。航海钟的难度在于在海上一颠簸，当时什么钟都准不了了。哈里森的设计颇为巧妙，他用两个方向相反的震荡装置抵 消颠簸带来的误差。这样在海上，它比其它的钟会更准确。哈里森把这只钟叫做H1（H是他的名字首字母）。但是，在海上还有另外一个问题，就是温差大，由于热胀冷缩，这样一来钟又不准了，于是，哈里森有设计了用不同长度的弹簧来相互抵消温度带来的影响，这样他又制作了第二只钟H2。接下来又发现有其它的问题，比如船在波浪上航行，其实会产生额外的向心力，这也会影响钟的准确性，于是哈里森有设计新的装置抵消这种作用。这样一来他的钟H3就大得不得了了（几十公斤，有点像地心说的小圆套在大圆上）。最后他又致力于将他小型化，这次制作出第一个真正实用的航海钟H4（只有12厘米）。这前后，哈里森花了31年的时间，这时他已经68岁了，他的弟弟，也是他的助手已经去世了，他的儿子在给他做助手。哈里森的心态从当年想赚一笔大钱，已经变成一定要把这件事做成。最后，真让他做成了。到了1767年，哈里森74岁那年，英国的经度委员会正式承认他完成了英国政府在1714年设立的这个有奖项目。

图2.13.1 哈里森H1的设计（有两个相反运动的振荡器）

当然，哈里森的航海钟造价非常昂贵，他原始设计的H4，并没有真正装配给海轮。这一点，在《经度》一书和罗辑思维中都忽略了。真正装到船上的航海钟利用了哈里森设计的很多原理，但却是另一种钟。讲到这里，必须要说法国人的贡献了。在1748年，哈里森还没有完成他31年奥德赛的时候，法国钟表匠罗伊（Pierre Le Roy ），发明了革命性的钟表棘爪擒纵机构，这从根本上 解决了颠簸和温度对钟表误差的影响，今天的机械钟还在使用这个原理。这一个简单的机构，就省下了哈里森钟里面一大堆零件。

图 2.13.2 罗伊革命性发明棘爪擒纵机构detent escapement.

到了1766年，罗伊制造 出一款比以前准得多的航海钟（这是在哈里森H4之后5年的事情）。

图 2.13.3 罗伊发明的航海钟钟芯

到了1780年，也就是哈里森去世四年后，英国钟表匠Thomas Earnshaw和John Arnold在罗伊的基础上又发明了棘爪擒纵齿轮，这有使得航海中的设计简化了很多。直到1825年，航海中发明60多年后，英国的舰船才普遍航上航海钟。

图2.13.4 Arnold发明的棘爪擒纵齿轮

通过航海钟的发明，我想谈这样几点感触：

1. 社会需求是发明的动因，很难为了发明而发明

2. 发明需要找到以前的问题所在，先找主要矛盾（海上颠簸），然后还需要解决一个个看似细小的问题（温度变化等）

3. 当各个问题都解决后，设计一定是非常复杂的（而每个解决方案多少有点头疼医头脚疼医脚），这有点像地心说模型（关于这段公案，大家可以看《数学之美》），然后需要认识问题到本质，找到简单的解决方案。

4. 发明和研究都需要站在巨人肩上，不断传承，没有技术传承的文化，在发明上是走不远的，这一点，近代欧洲人做得比较好。

5. 还是那句话，发明的功劳常常不给第一个发明人（比如最早的航海钟是惠更斯设计的），而是给最后一个让它实用的人。