主题：【原创】时钟的故事(3) -- 安德的游戏

再接下来，就要提到一个大家耳熟能详的人物：伽利略。作为牛顿时代之前最伟大的科学家，他为现代物理学的发展做出了很大的贡献。他在教会的逼迫下违心承认了地心说，可见对教会没有什么好印象，连带着去教堂也不是那么认真。神父布道的时候一定听不进去。无所事事之余，就开始观察教堂的吊灯被风吹动时摆动的规律，跟自己的脉搏相比较。于是，一个被应用了几百年的计时工具的原理诞生了。他发现摆动的频率和摆动的幅度无关，而只跟摆长有关。

用现在的中学物理学可以很容易证明这一规律。但是其实这个规律只能是一个近似的规律。第一，这个里面有一个sin(x)=x的近似，所以只在摆动的角度很小的时候才成立。第二，这里的摆是所谓的单摆，也就是说重量都集中在摆锤上，而吊线的重量可以忽略不计，而且摆锤可以认为是一个质点。

真正为摆钟的发明做出了决定性贡献的是惠更斯。惠更斯是荷兰人，身兼物理学家，数学家和天文学家三大头衔（现在要有人能又这么多科学方面的头衔恐怕是做不到了）。物理学里有一个有名的惠更斯原理，可以解释波的反射，折射和衍射，就是他发现并以他的名字命名的。为了消除摆的幅度引起的不等时性，他发明了摆夹，用一对特定形状的物体放在摆线两边以限制摆线，这样，就做到了摆动的频率和幅度真正无关了。在1657年，惠更斯设计出了第一个摆钟。可以想象，当时的摆钟还很粗糙，只包含很少的机械结构。不过既然原理已经有了，剩下的工作需要的就不是“家”而是“匠”了。到1670年，锚型擒纵器被发明出来，其核心结构就是一个被弧形连接的两个爪从两个方向卡住一个齿轮。这个结构一直到我小时候拆开的闹钟里还看见过。它可以把摆动变换成齿轮的转动，从而带动一系列齿轮来驱动指针指示时间。钟里面还另外有一个重锤，重锤的势能可以用来抵消钟摆受的摩擦力，以维持钟摆的长时间摆动。这时候钟已经很接近我们现在看见的座钟了。当时摆钟的准确程度就已经很令人惊讶了。在1675年为新建的格林威治天文台设计的用于天文观测的精确摆钟，摆长有将近四米，每年的误差只有两秒。这已经比现在的大多数钟都要准确了。

摆钟的结构几百年来都没有发生什么本质性的变化，一直沿用至今。而摆钟作为计时工具，也代替了其他原始方式。而摆钟的准切性也使得它为天文学等其他需要精密时间的学科的发展做出了不可替代的贡献。一直到新的需求出现以前，摆钟一直是最为可靠的计时工具。

• 【原创】时钟的故事(5)--本系列完
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