在世界文明史上，常常会出现一连串的发明，前一个发明导致后一个，而后一个的光芒盖过前一个，以至于后人常常忽略前面的。螺旋弹簧，也就是我们今天常见的弹簧，和钟表的关系就是如此。

弹簧是人类发明的最重要的机械零件之一。虽然类似弹簧的装置在古希腊就出现了，但是因为材料的问题（当时的青铜弹性并不好）和其它机械不配套，因此当时无法产生有普遍应用的弹簧。现在使用的螺旋线弹簧，出现在15世纪中期。今天已经无法了解它的发明人是谁了，而让我们知道当时有这项伟大发明的是半个世纪后德国锁匠彼得∙赫莱恩（Peter Herlein），因为他在1504-1508年之间使用这种螺旋线弹簧发明了一种钟表，据说该钟上一次弦可以走40年。我使用了据说二字是因为我觉得这难以置信，不过当时的文献是这样记载的。赫莱恩使用弹簧存储能量，并且慢慢释放它。

图 4.4.1 螺旋弹簧

为了让弹簧能够不断地收缩伸张而不至于折断，赫莱恩和其他钟表匠做了大量的工作，他们研究弹簧的长度、螺距和金属丝粗细的关系、甚至研究材料和弹性系数的关系。经过他们的努力，弹簧变得非常经久耐用，并且逐渐被用到钟表以外的机械中。

从理论上发现弹簧伸缩长度和拉力（压力）关系的是英国著名物理学家胡克。胡克的另一大发现就是细胞。另外，胡克还是牛顿在学术上暗地里的死对头，在胡克死后，牛顿才得以执掌皇家学会。

图 4.4.2 英国科学家胡克

胡克和另一名荷兰裔英国科学家惠更斯之间还有另一段发明公案，这就是关于旋转弹簧（也叫头发丝弹簧）的发明。今天的钟表里采用的都是这种头发丝弹簧来存储能量。在历史上它是由谁发明的，一直有争议。一般认为，胡克提出了这种理论，而惠更斯发明了实物。

图 4.4.3 惠更斯绘制的使用旋转弹簧的钟表设计图

惠更斯和牛顿之间也有学术上的争论，那就是关于光的粒子说（牛顿的主张）和波动说（惠更斯的主张），不过他们二人的个人关系应该很好，牛顿后来当官后，不再兼任剑桥的教授，便推荐惠更斯接替他。

从胡克到惠更斯的年代，英国还出了像哈雷、波意尔的等一大批著名物理学家，皇家学会一时群星璀璨，牛顿完成经典力学的框架结构，并且发现万有引力定律，和这个大环境是分不开的。

回到弹簧的发明上。从弹簧的发明到胡克发现弹性定律，大约经过了两个世纪漫长的时间。在牛顿他们的时代之间，大部分时候都是工匠们一代代将经验向后传递，不断在工作中靠经验改进以前的产品，经过很多代才慢慢孕育出新的发明，并且能上升到理论高度。从牛顿他们的时代之后，人类开始自觉应用理论到发明中，发明的速度大大加快。我们在接下来要讲的瓦特改进蒸汽机中，大家会更清楚地看到这一点。