神奇的材料
上QQ阅读APP看书,第一时间看更新

本杰明·亨茨曼的钟表

本杰明·亨茨曼被他的钟表弄得很恼火。1704年出生于英国埃普沃思的亨茨曼,是一位公认的聪明过人、善于创造且技艺精湛的钟表匠。在村子里,不管是锁和时钟,还是工具和烤肉架,所有机械类的东西他都能修好。然而,他尽管技艺高超,却对自己制造的钟表很不满意。它们的计时效果十分糟糕,原因是金属弹簧的质量太差。

时钟内部有一个发出嘀嗒声的小配件。在一些时钟里,它是一个来回摆动的钟摆;而在小的怀表里,它是由一个螺旋形的金属弹簧和一个平衡轮构成的装置。弹簧被盘绕起来,这样它就会像胸腔一样扩张和收缩,发出时钟的嘀嗒声。弹簧伸缩过快的时钟走时会偏快,而弹簧伸缩过慢的时钟走时则会偏慢。精准的时钟需要柔韧性好、完美无瑕、伸缩性稳定的金属弹簧。

遗憾的是,亨茨曼可获得的金属质量都不太稳定,这是因为各种成分没有被均匀地混合。此外,这些金属还含有无用的颗粒。成分混合得不好会导致钟表走时不准,颗粒则会使弹簧断裂,两者都不利于精确计时的实现。

在试图为他的钟表制造出更优弹簧的过程中,亨茨曼把注意力转向了弹簧的原材料,也就是一种被称为渗碳钢的金属。渗碳钢是通过在铁里加碳制成的,炼钢工人先将铁条放入熔炉加热至发红,然后用小块木炭把它们包起来。5天后,铁条中会含有很多从木炭中获得的碳。而且,就像一块腌制不充分的牛排一样,大部分碳都在铁条表面附近。为了进一步混合这些成分,炼钢工人必须把这块金属加热到变软,先用锤子把它砸扁,再将它折叠起来,完成混合。尽管这种方法确实有利于碳的吸收,但它无法去除那些无用的颗粒。所以,亨茨曼只能想别的办法。

一天,在他位于唐卡斯特的钟表店,亨茨曼产生了一个简单但具有革命性的想法:将金属完全熔化。当金属熔化时,各种成分将会混合得更好,碳的分布也会很均匀。此外,那些无用的颗粒比熔体密度小,所以它们会像与水分离的油一样浮在表面,这样亨茨曼就可以把它们除去了。

在几乎不与外界沟通的情况下,暗中进行这项操作的亨茨曼经历了数百次的失败。尽管他的研究记录都在一场大火中被焚毁,但当时得到的制品都被埋在他的钟表店外。在这些不成功的实验中,他的目标一直是混入碳,并清除那些无用的颗粒。经过10年的努力,在1740年前后,亨茨曼终于得到了完美的钢铁。为了纪念自己的成就,他制造了一只钟表。

亨茨曼成功的秘诀在于,他制造了一个盛放熔融金属的容器。这个容器(或者说坩埚)看起来像一个高高的古代花瓶。它是由一种既能经受炽热金属的高温,又能承受重金属重量的陶瓷制成的。为了制作坩埚,亨茨曼先把从荷兰进口的陶器碾碎,然后加入石墨和英国的一种特殊的斯陶尔布里奇黏土。接下来,亨茨曼往混合物中加水,他手下一位可靠的工匠则赤脚在混合物上踩踏8~10个小时。赤脚踩踏的方法既能挤出气泡,又能发现黏土中的卵石,而气泡和卵石都会导致坩埚破裂和钢水漏出。

黏土经过揉踩和塑形后被制成容器,晾干后放进窑中烧制。有了陶瓷坩埚,就可以开始炼钢了。

在他位于谢菲尔德市(一个钢铁产业中心)附近的新工厂里,亨茨曼进一步完善了自己的炼钢方法。他的工匠将小块的渗碳钢放入坩埚,然后把坩埚放置在熔炉中。5个小时后工匠取出坩埚,将其中的钢水倒入模具,同时必须确保漂浮的那层无用的物质不会落入模具。这样一来,最后留在模具中的金属就是坩埚钢。它是一种质地均匀的金属,可以被加工成可稳定伸缩的优质钟表弹簧。本杰明·亨茨曼的创意造就了更好的钟表,它们可以被装进口袋里、挂在墙上,或者像露丝·贝尔维尔的“阿诺德”那样被带到伦敦的每个角落,为人们提供时间服务。

从皇家天文台获得精确的时间之后,露丝·贝尔维尔带着“阿诺德”前往伦敦码头,然后在整个城市中穿梭,与各个社会阶层的人打交道。她从东边出发,先为充斥着罪恶和异味的码头提供时间服务。之后,她会去到西区上流人士云集的牛津街、摄政街和邦德街,造访时尚服装店和高级珠宝店(包括为皇室服务的珠宝店)。接下来,她会往北去到贝克街及其附近的工厂和商业大厦。之后,她会往南去为郊外的那些个人客户提供时间服务。随后,她要为两位百万富翁提供时间服务,他们认为坐在家中就能知道格林尼治标准时间是一种地位的象征。在走到伦敦市中心的时候,她还要告知银行时间。最后,漫长的一天结束了,她回到位于梅登黑德的家中。7天后,她要把这个过程再来一遍。

露丝把“阿诺德”装在她的手提包里,在布满煤尘和马粪的鹅卵石路上走啊走。手头宽裕的时候,她会乘坐公共交通工具,包括电车、地铁和火车。城市生活又苦又脏,还非常不稳定。空气中充斥着烟雾。她在为客户提供时间服务时,总会听到小贩刺耳的叫卖声、马走过的咔嗒声和偶尔经过的汽车发出的隆隆声。为了维持生计,露丝在城市中一走就是好几英里。在她出售时间的那个时代,妇女还没有投票权。在人们眼中,穿行在由男性主宰的世界中的露丝总是精力充沛、坚强果敢,而且平易近人。露丝和“阿诺德”共同构成了伦敦人生活中值得信赖的固定伙伴。

在贝尔维尔的职业生涯即将结束之时,美国出现了另一台逐渐引起人们关注的时钟。露丝总是独自行动,为了获得精确的时间,她需要爬上市郊陡峭的山坡。在她的职业生涯快要结束时,成群的纽约人涌向了市中心,他们同样是为了获得精确的时间。

1939年,在曼哈顿区富尔顿街的拐角处,百老汇大道195号,一件装饰艺术品被摆放在AT&T公司(美国电话电报公司)总部的橱窗中。这是一台钟表,但又不是普通的钟表,它被誉为世界上最精确的公共时钟。每天,尤其是在从正午到下午2点这段时间,数百位行人都会像朝圣一样走到橱窗前,停下脚步。他们把手指放在各自的表柄上,等待着钟表的秒针走到最高点,这样他们就能精确地校准钟表上的时间了。这些想要获得准确时间的人并不知道,正是一位鲜为人知的科学家的发明取代了本杰明·亨茨曼的弹簧,才使这台钟表的出现成为可能。从近3英尺1英尺=30.48厘米。——编者注宽的钟面背后传来的嘀嗒声是由性能特殊的石英发出的,而驯服这种宝石的人是沃伦·马里森。