伦敦大火纪念碑的秘密用途

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"我将要打开入口,"理查德·史密斯(Richard Smith)在伦敦大火纪念碑(Monument)售票室里一边俯身一边说。他正在仔细检查橡木地板,好像下面隐藏着一个密室,就如印第安纳·琼斯(Indiana Jones)的电影一样。史密斯身子上面的桌子上放着高高的一叠宣传页:"兹证明,______已经爬完了纪念碑的311级台阶。"

但实际上有345级台阶。

伦敦大火纪念碑是一座高达202英尺(61米)的石柱建筑,饰以龙的图案,顶部是一个燃烧着的金色球体。里面是一个特别的螺旋楼梯盘旋而上,一直通往顶部,就像削苹果出来的那条完整的丝带一样的苹果皮。

多年来,钉在基座上的一块已经裂开了的铭牌表明纪念碑是克里斯多佛·雷恩爵士(Sir Christopher Wren)设计的。

不过,这一说法也不完全正确。

这座备受伦敦人热爱的纪念碑出自英国最著名的设计师之手,似乎是理所当然的事情。毕竟,雷恩广泛参与了伦敦大火后的重建工作。这场大火几乎摧毁了城墙以内的每一寸土地——包括13,200栋房屋和大量无与伦比的公共建筑,比如河边的城堡和欧洲最大的公共厕所之一"惠廷顿长屋"(Whittington's Longhouse)。圣保罗大教堂(St Paul's Cathedral)就是雷恩设计的。

但是,伦敦大火纪念碑的设计师其实是他的好友、一位科学家。

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Image caption 伦敦大火为新一代公共建筑铺平了道路(图片来源:Alamy)

罗伯特·胡克(Robert Hooke)是一个爱好广泛的人,他涉猎的范围从化学、地图制作等较为科学的领域,到研究民间关于蟾蜍的说法和自身肠道运动等不一而足。在当时,胡克的声望非常高,被誉为"英国的达芬奇",和"当时全球最伟大的机械师"。

如今,他的名字已经基本被人遗忘,但是他的贡献保存了下来。是他最先用僧侣的单人小房(cell)来描述细胞这个生命最基本单位的单词。他还提出了胡克弹性定律——虽然并不是特别让人兴奋,但是很有用——他发明的机械原理时至今日仍然在钟表和摄像机行业广为使用。

在伦敦大火后,胡克试水建筑业,设计了伦敦的一些医院、民用建筑和教堂。他并没有受到很多赞誉,部分原因是他的成就大多数是由雷恩最后签字同意,所以被错误的归为雷恩的功劳。另外一方面是因为其中一些建筑设计并不是非常好。

其中的一个项目就是贝特莱姆皇家医院(Bethlem Royal Hospital)。在那个慈善变得日益时髦的时代,这座新的精神病医院在设计时考虑的更多的是访客,而非患者。它对美学的追求达到了极致,以至于被人嘲笑是"疯人宫殿"。建筑物本身因为华丽的建筑立面重量过大被压出了裂缝。花园的矮墙也存在隐患。病人可能翻墙出逃,不过至少没有影响到建筑物的美观。不用说,医院的名字被戏称为"Bedlam",时至今日仍然是"混乱"的近义词。

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Image caption 贝特莱姆皇家医院存在大量设计缺陷,但至少它看起来很棒(图片来源:Alamy)

还有一个类似项目就是大火纪念碑了。纪念碑原本应该是对伦敦大火的重要纪念,但在当时,"胡克非常想要建造一台超长望远镜,"位于加利福尼亚州的波因特洛马拿撒勒大学(Point Loma Nazarene University, California)的数学家玛丽亚·扎克(Maria Zack)说。最后,胡克决定合二为一,一石二鸟。

理查德·史密斯是操一口考克尼口音(Cockney)的伦敦人,也是我当天的向导,他对这座神秘纪念碑充满热情。史密斯掀起入口的盖子——发现它的唯一的线索是几个熟铁合页——然后消失在地下。它的下面还有很多阶梯。

最终,我们来到一间带有穹顶的房间。古老的砖墙裸露在外,有些碎裂,散发着潮湿的气味,就像衣服洗完以后放在洗衣机里很长时间的味道。这个地方通常不对游客开放。不过,我觉得游客可能也不会非常想来这里。

如今,这个房间除了一个无线路由器和一些传感器之外空无一物。"数年前,旁边的建筑工程开工时,他们不得不想办法确保发生意外时不能把这里弄塌,"史密斯说。但是数百年前,这里曾经是当时最先进的物理实验室。

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Image caption 纪念碑使用了28,196立方英尺(798立方米)的石料,当时必须从波特兰岛运送过来(图片来源:Getty Images)

为一探究竟,史密斯带我来到房间的中央。透过铁栅栏,我们可以清晰的看到螺旋楼梯,一直通往建筑物的最高点。顶部还有一扇沉重的铁制暗门藏在金色球体装饰物里面。打开这扇门,你就可以看到建筑物的外面,视线从地下实验室穿过整座建筑,达到夜空。事实上,这座建筑物本身就是一架巨型望远镜。

虽然听起来可能有点蠢,实际上不是这样。在17世纪,科学家仍然在争辩是太阳围绕地球转,还是地球绕着太阳转。和如今的理性者一样,胡克坚信后者。但是没有人能够证明这一点。

理论上来说应该是很容易的,因为有"恒星视差"。以一个物体为背景,另一个物体的位置会有明显的位移。

为了体验到恒星视差,你只需要伸出一根手指,闭上一只眼睛看手指,然后换一只眼睛再看手指。因为你的视角发生了变化,你的手指看起来改变了位置。"我们依靠直觉就能理解这一概念,"扎克说。

由此推论,当地球围绕太阳旋转时,地球相对恒星改变位置,那么在一年的时间里,这些恒星的位置会发生变化。

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Image caption 纪念碑的螺旋阶梯还有一个隐藏功能(图片来源:Alamy)

难点在于恒星的位移非常微小。以距离我们900万亿英里(1400万亿公里)的橙色恒星天棓四(Gamma Draconis)为例。天文学家在测量太空物体(从行星到卫星)的位移时,不是以米或英尺为单位,而是像钟盘一样给天空画上刻度。每六个月,这颗恒星在天空中向北或向南移动的距离相当于指针移动万分之22秒。

为了放大恒星视差,就需要一台非常大的望远镜。

胡克起初是想在格雷沙姆学院(Gresham College)的住处安装一台望远镜。他是该学院的几何学教授。但是,36英尺(11米)的望远镜太大了,必须在楼体上挖洞才行。最终,它穿过了两层楼,还穿出了屋顶。

然后,胡克要选择一颗恒星。天棓四是理想之选,因为它的亮度相对较高,而且直接从头顶经过。接着,他只需等待天棓四从头顶经过——他已经准备好彻底改变人们对宇宙的看法。

不过,他失败了。测量恒星运动需要镜头精确对准,但是望远镜的木制结构不够稳固。木材遇热会膨胀,遇风会弯曲。

于是,他把注意力转向纪念碑。根据他的判断,这座建筑物的结构稳定。他的计划是订28,196立方英尺(798立方米)波特兰岛(Isle of Portland)顶级石料,重量相当于14头蓝鲸。"这和其他一些又细又脆弱的望远镜不一样,"扎克说。

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Image caption 罗伯特·胡克没有留下肖像画,有人认为是被他的对手牛顿烧毁了(图片来源:Science Photo Library)

纪念碑的建造大概花了六年时间,主要原因是石料不够。最后,国王下令,任何人从波特兰岛取石料之前,都必须先与该项目的正式负责人雷恩商量。

建造过程中还有其他磕磕绊绊,比如有人建议顶部要树立国王查理二世的雕像。如果这样的话,当然就不可能把它用作望远镜了。

"雷恩的反应是'哦,我知道你的意思,但是把这个漂亮的金球放在顶部不是更好吗?你还可以用它来放烟花,'"扎克一边说,一边指出设置烟花发射台基本不在当时人们的考虑范围内。

幸运的是,国王拒绝把自己的雕像放在纪念碑的顶部,因为他觉得这看起来好像会把火灾的责任推给自己。胡克按照自己的想法继续工程,纪念碑在1677年完工。

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Image caption 在17世纪时,纪念碑后面的这条路是伦敦最繁忙的街道(图片来源:Getty Images)

按照原来的想法,要在望远镜的两头安装透镜,观测者站在实验室里,用特别的目镜观测恒星。这次,胡克如愿以偿了。

但就在这时,灾难降临。"他努力对齐两枚相距200英尺的透镜,但是固定它们的方法非常有限,"扎克说。更糟的是,纪念碑旁边就是渔街山(Fish Street Hill),这是当时通往伦敦桥的主干道,是伦敦当时最繁忙的街道之一,精密的科学仪器距离它只有数米。最后,交通带来的震动毁掉了一切。

胡克并没有确认恒星视差,一直到1838年,德国天文学家弗里德里希·贝塞尔(Friedrich Bassel)在观察天鹅座61的运动方式时才确认发现了恒星视差。

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Image caption 胡克的轮形气压表依赖气压。随着气压的上升,水银被挤压到玻璃球中,另一头的水银高度就会降落(图片来源:Science Photo Library)

但是,纪念碑的故事尚未完结。在17世纪,高层建筑非常少见。当时,全球最高的建筑是斯特拉斯堡主教座堂(Strasbourg Cathedral),高度是纪念碑的两倍。此前,胡克只能去伦敦威斯敏斯特教堂或圣保罗教堂的顶部进行对高度有要求的实验。现在,他有了自己的实验室,可以测试高度产生的效果,尤其是对气压的作用。1678年,他写了一篇日记,日记内容一如既往的混乱:

5月16日,周四——写了一封很生气信给格雷斯(Grace),抱怨她的母亲。渔街山实验顶部(气压)下降了大约三分之一英寸。视察贝特莱姆。约瑟夫·瓦特爵士(Sir Joseph Watt)来访。打开铁箱子时弄伤了手指。在乔纳森(Jonathans)家与亨肖(Henshaw)先生谈了渔街山上柱子的实验。

胡克当时正在用气压计测量纪念碑不同高度上的气压值。他对纪念碑进行了仔细的设计——每一级台阶的高度刚好是六英寸——这样他就可以精确追踪气压值的变化。从台阶的底部走到顶部,水银液面下降了大约三分之一英寸,确证了随着海拔的提高,气压会下降。

这也是纪念碑成功完成的一项实验。不过谁会在意30年前这一点早已被发现?甚至当时的实验方法还非常简单,就是爬山而已。

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