精准不是梦 摆轮游丝的前世今生（一）

       [腕表之家 钟表文化] 一枚质量仅有百分之几克的元件将时钟从机械装饰转变为科学仪器，足够精准的时间测量助力航海家探索海洋，随后又将人类带入太空，摆轮游丝（Balance Spring/Hairspring）的故事是一段奇妙的冒险旅程。

       混沌伊始，天地唯有黑暗和空虚；制表始创，至关重要的螺旋弹簧尚未萌生。早在文艺复兴时期，为了或多或少规范钟表机制的速率，制表师们殚精竭虑，青丝变白发。彼时，怀表大多挂在脖子上，或者缠绕腰间，甚少处于静止状态，振荡器不断受到干扰，因而走时精准度也就实在不敢恭维。游丝脱胎自猪鬃，“细如发丝”的表达毫不夸张。在这个精致的金属元件（形状如同阿基米德螺旋主发条）发明之前，当摆轮完成半周期振荡，就是凭借猪鬃的弹性摆动复位，这是一个经常被忽略的事实。因此，早期的“机轴擒纵机构”（Verge Escapement）依靠有机物维持振荡：这难免令人惴惴不安，因为大气湿度的微小变动就足以影响机制运作，所谓失之毫厘，谬以千里。

革命性创新

       这种混杂金属和有机毛发的机制既不成熟，也不实用，但却成功地激起了十七世纪（被历史学家称为“黄金时代”）科学家和学者的兴趣。时间本身并无意义，历史因伟人之名变得厚重非凡。让我们记住那些先行探寻时钟规范运作的饱学之士：伽利略、牛顿、惠更斯、Abbot Jean de Hautefeuille、以及英国数学家和物理学家罗伯特·胡克等等，他们都想方设法，提高对应年代时钟的规范性。尊享盛名的激励，名留青史的渴望，到了1630年代，科学家们开始寻求规范时钟速率，进而惠及所有便携式计时仪器的方法。

       这是一个艰巨的挑战，堪比寻找哲学家的石头和永动机。最初，天文学家伽利略通过观察，发现了摆的等时性，并以此为基础构想出一种（虽然不完美）机器。时钟的替代元件出现在1659年，荷兰数学家和天文学家克里斯蒂安·惠更斯将钟摆悬挂在螺纹上，并采用与擒纵机构非刚性连接的方法。这引出了一个棘手的问题，即如何确保时钟的精准计时？1660年，布莱士·帕斯卡（机械计算器发明者）针对摆轮不规范运作提出了他的解决方案。布莱士·帕斯卡建议应用纤比人类头发的扁平游丝，将其与调节摆轮相连，以防止时钟受到轻微冲击或突然移动时失去平衡。制表师们本该抓住这个想法；然而它却被遗忘在不知名的角落。

争议性专利

       广泛共识，1675年1月23日，克里斯蒂安·惠更斯被认定为游丝的发明者。这种纤薄的螺旋状弹簧改变了游戏规则，将时钟的精度提升了一个数量级，然而发明的所有权仍有争议，并引发了制表行业第一次真正的论战。克里斯蒂安·惠更斯向伦敦皇家学会的秘书发送了一封加密信件，简要解释了游丝的改良，被正式宣布为“inventor of the balance spring”（摆轮游丝的发明者）。此举立即引起了其他学者和著名制表师的抗议。Abbot Jean de Hautefeuille（时年28岁）声称早在惠更斯之前就已将这种原理概念化。而IsaacThuret（惠更斯委托他制造采用游丝的原型时钟）立即向Colbert提供了第二个样品，但这一次是以自己的名义。才华横溢的发明家罗伯特·胡克抛开缄默，声明早在1665年，他就提出了以纤薄螺旋状弹簧装配时钟的创意，并绘有证明图纸。

       毫无疑问，惠更斯受益于胡克的研究，前者借鉴了后者的结论推进了自己的理论。但应该指出的是，作为著名科学家，惠更斯也提出了光的波动理论，并发明了一个元件。这个元件和自由式擒纵机构（棘爪或杠杆）结合，将时钟从机械装饰转变为科学仪器。短短一年时间里，此前没有配备游丝的时钟纷纷吐故纳新。曾几何时，十七世纪的时钟一潭死水，亘古不变；仿佛一夜之间，它们突然成为可靠的测量仪器，每日走时误差仅有5分钟。

游丝