伽利略与惠更斯：摆钟传奇

摆钟的传说

对改进早期机械钟作出重大贡献的，是伟大的意大利科学家伽利略，是他发现了摆的等时性原理。

摆的均匀摆动是人们继滴漏之后发现的一种真正的人造周期运动。从17世纪早期起，西方的工艺家们便把它运用到时钟上，作为稳定的“定时器”，使机械钟能够指示出“秒”，从而把计时精度提高了近100倍。

通常，人们往往喜欢给科学上的发现和发明笼罩上一层故事色彩。譬如，牛顿看到苹果从树上掉下来发现了引力；阿基米德洗澡时，从身体在水里的上浮发现了浮力定律；爱因斯坦根据建筑工人从高空脚手架上摔下时的感觉发现了广义相对论，等等。伽利略发现摆的等时性原理也被编成了故事被广为流传。

通常的传说是这样的：伽利略在上中学的时候，有一天去比萨教堂做礼拜。微风吹来，使挂在天花板上的大吊灯来回摆动。伽利略注意到，链条一般长的两盏青铜吊灯，来回摆动的时间好像一样长。他凝视吊灯，终于发现：摆的快慢与摆锤大小和重量无关，而取决于摆的长短；摆长相同时，摆动一周的时间相等。同时，他还想到利用摆来调节时钟，并动手做了第一台摆钟。这个故事加上传说，已经渗透到时钟发展史中去了。但是，这多少是有些不真实的。它差不多是小说家的虚构。

这个故事最早来自于伽利略的一个学生V·维维安尼的记述。后者是伽利略传记的撰稿人，也是伽利略的一个崇拜者。

在伽利略死后，物理学和天文学都有很大发展，超过了伽利略生前时代。维维安尼为了扩大他老师的影响。编辑了第一部伽利略著作选集，还特别写了一本富有传奇色彩的《伽利略传》。在这本书中，维维安尼绘声绘色地描写了伽利略在中学时代就做出了上述发现的故事。(www.xing528.com)

后来，这件事越传越奇，它成了科普作家发挥想像力的一个绝妙题目。其实，这只是维维安尼的一种艺术创作。事实上，伽利略对摆感兴趣开始于他对重力效应的某些研究过程中。当他想到用摆控制时钟时，他已是一位老人，而且近乎双目失明了，根本不是在中学时代！

世界上第一个做出摆钟的人，是天才的荷兰科学家C·惠更斯。

在惠更斯制造的摆钟里，有一个重锤起动器。它通过一个伞形齿轮。伞形齿轮受摆轮心轴控制。心轴由摆带动，并同一根L形杆子相连。摆样从L形样的孔内穿过。为了控制摆杆的摆动，惠更斯设计了一块挡板，由它使摆的摆动转向。

单摆的摆动不需要其他装置驱动，而主要靠重力驱动。这样就可以大大提高时钟的精确度。

当然，摆钟里的摆杆是金属制品，它的热胀冷缩将影响摆的周期。由实验知道，100米长的不锈钢金属杆，在温度变化5．6℃时，会使一天的时间减慢2．5秒钟。不同的金属还有不同的膨胀系数。随着这些问题的发现和逐步解决，大约到17世纪，摆钟就已经相当完善了，它在一个星期里的计时误差只有几秒钟。

摆钟开辟了精确计时的新时代。它不仅提高了测量物理时间的精确度，而且可以看作是一种均匀划分固定时间间隔的手段，类似于把有限长的连续直线划分成大量等长的线段。因此，机械钟的发明，极大地促进了人们对时间的类几何均匀性和连续性认识的发展。