倫敦大火紀念碑的秘密用途

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"我將要打開入口,"理查德·史密斯(Richard Smith)在倫敦大火紀念碑(Monument)售票室裏一邊俯身一邊說。他正在仔細檢查橡木地板,好像下面隱藏著一個密室,就如印第安納·瓊斯(Indiana Jones)的電影一樣。史密斯身子上面的桌子上放著高高的一疊宣傳頁:"茲證明,______已經爬完了紀念碑的311級台階。"

但實際上有345級台階。

倫敦大火紀念碑是一座高達202英尺(61米)的石柱建築,飾以龍的圖案,頂部是一個燃燒著的金色球體。裏面是一個特別的螺旋樓梯盤旋而上,一直通往頂部,就像削蘋果出來的那條完整的絲帶一樣的蘋果皮。

多年來,釘在基座上的一塊已經裂開了的銘牌表明紀念碑是克里斯多佛·雷恩爵士(Sir Christopher Wren)設計的。

不過,這一說法也不完全正確。

這座備受倫敦人熱愛的紀念碑出自英國最著名的設計師之手,似乎是理所當然的事情。畢竟,雷恩廣泛參與了倫敦大火後的重建工作。這場大火幾乎摧毀了城牆以內的每一寸土地——包括13,200棟房屋和大量無與倫比的公共建築,比如河邊的城堡和歐洲最大的公共廁所之一"惠廷頓長屋"(Whittington's Longhouse)。聖保羅大教堂(St Paul's Cathedral)就是雷恩設計的。

但是,倫敦大火紀念碑的設計師其實是他的好友、一位科學家。

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Image caption 倫敦大火為新一代公共建築鋪平了道路(圖片來源:Alamy)

羅伯特·胡克(Robert Hooke)是一個愛好廣泛的人,他涉獵的範圍從化學、地圖製作等較為科學的領域,到研究民間關於蟾蜍的說法和自身腸道運動等不一而足。在當時,胡克的聲望非常高,被譽為"英國的達芬奇",和"當時全球最偉大的機械師"。

如今,他的名字已經基本被人遺忘,但是他的貢獻保存了下來。是他最先用僧侶的單人小房(cell)來描述細胞這個生命最基本單位的單詞。他還提出了胡克彈性定律——雖然並不是特別讓人興奮,但是很有用——他發明的機械原理時至今日仍然在鐘表和攝像機行業廣為使用。

在倫敦大火後,胡克試水建築業,設計了倫敦的一些醫院、民用建築和教堂。他並沒有受到很多讚譽,部分原因是他的成就大多數是由雷恩最後簽字同意,所以被錯誤的歸為雷恩的功勞。另外一方面是因為其中一些建築設計並不是非常好。

其中的一個項目就是貝特萊姆皇家醫院(Bethlem Royal Hospital)。在那個慈善變得日益時髦的時代,這座新的精神病醫院在設計時考慮的更多的是訪客,而非患者。它對美學的追求達到了極致,以至於被人嘲笑是"瘋人宮殿"。建築物本身因為華麗的建築立面重量過大被壓出了裂縫。花園的矮牆也存在隱患。病人可能翻牆出逃,不過至少沒有影響到建築物的美觀。不用說,醫院的名字被戲稱為"Bedlam",時至今日仍然是"混亂"的近義詞。

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Image caption 貝特萊姆皇家醫院存在大量設計缺陷,但至少它看起來很棒(圖片來源:Alamy)

還有一個類似項目就是大火紀念碑了。紀念碑原本應該是對倫敦大火的重要紀念,但在當時,"胡克非常想要建造一台超長望遠鏡,"位於加利福尼亞州的波因特洛馬拿撒勒大學(Point Loma Nazarene University, California)的數學家瑪麗亞·扎克(Maria Zack)說。最後,胡克決定合二為一,一石二鳥。

理查德·史密斯是操一口考克尼口音(Cockney)的倫敦人,也是我當天的嚮導,他對這座神秘紀念碑充滿熱情。史密斯掀起入口的蓋子——發現它的唯一的線索是幾個熟鐵合頁——然後消失在地下。它的下面還有很多階梯。

最終,我們來到一間帶有穹頂的房間。古老的磚牆裸露在外,有些碎裂,散發著潮濕的氣味,就像衣服洗完以後放在洗衣機裏很長時間的味道。這個地方通常不對遊客開放。不過,我覺得遊客可能也不會非常想來這裏。

如今,這個房間除了一個無線路由器和一些傳感器之外空無一物。"數年前,旁邊的建築工程開工時,他們不得不想辦法確保發生意外時不能把這里弄塌,"史密斯說。但是數百年前,這裏曾經是當時最先進的物理實驗室。

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Image caption 紀念碑使用了28,196立方英尺(798立方米)的石料,當時必須從波特蘭島運送過來(圖片來源:Getty Images)

為一探究竟,史密斯帶我來到房間的中央。透過鐵柵欄,我們可以清晰的看到螺旋樓梯,一直通往建築物的最高點。頂部還有一扇沉重的鐵製暗門藏在金色球體裝飾物裏面。打開這扇門,你就可以看到建築物的外面,視線從地下實驗室穿過整座建築,達到夜空。事實上,這座建築物本身就是一架巨型望遠鏡。

雖然聽起來可能有點蠢,實際上不是這樣。在17世紀,科學家仍然在爭辯是太陽圍繞地球轉,還是地球繞著太陽轉。和如今的理性者一樣,胡克堅信後者。但是沒有人能夠證明這一點。

理論上來說應該是很容易的,因為有"恆星視差"。以一個物體為背景,另一個物體的位置會有明顯的位移。

為了體驗到恆星視差,你只需要伸出一根手指,閉上一隻眼睛看手指,然後換一隻眼睛再看手指。因為你的視角發生了變化,你的手指看起來改變了位置。"我們依靠直覺就能理解這一概念,"扎克說。

由此推論,當地球圍繞太陽旋轉時,地球相對恆星改變位置,那麼在一年的時間裏,這些恆星的位置會發生變化。

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Image caption 紀念碑的螺旋階梯還有一個隱藏功能(圖片來源:Alamy)

難點在於恆星的位移非常微小。以距離我們900萬億英里(1400萬億公里)的橙色恆星天棓四(Gamma Draconis)為例。天文學家在測量太空物體(從行星到衛星)的位移時,不是以米或英尺為單位,而是像鐘盤一樣給天空畫上刻度。每六個月,這顆恆星在天空中向北或向南移動的距離相當於指針移動萬分之22秒。

為了放大恆星視差,就需要一台非常大的望遠鏡。

胡克起初是想在格雷沙姆學院(Gresham College)的住處安裝一台望遠鏡。他是該學院的幾何學教授。但是,36英尺(11米)的望遠鏡太大了,必須在樓體上挖洞才行。最終,它穿過了兩層樓,還穿出了屋頂。

然後,胡克要選擇一顆恆星。天棓四是理想之選,因為它的亮度相對較高,而且直接從頭頂經過。接著,他只需等待天棓四從頭頂經過——他已經凖備好徹底改變人們對宇宙的看法。

不過,他失敗了。測量恆星運動需要鏡頭精確對凖,但是望遠鏡的木製結構不夠穩固。木材遇熱會膨脹,遇風會彎曲。

於是,他把注意力轉向紀念碑。根據他的判斷,這座建築物的結構穩定。他的計劃是訂28,196立方英尺(798立方米)波特蘭島(Isle of Portland)頂級石料,重量相當於14頭藍鯨。"這和其他一些又細又脆弱的望遠鏡不一樣,"扎克說。

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Image caption 羅伯特·胡克沒有留下肖像畫,有人認為是被他的對手牛頓燒燬了(圖片來源:Science Photo Library)

紀念碑的建造大概花了六年時間,主要原因是石料不夠。最後,國王下令,任何人從波特蘭島取石料之前,都必須先與該項目的正式負責人雷恩商量。

建造過程中還有其他磕磕絆絆,比如有人建議頂部要樹立國王查理二世的雕像。如果這樣的話,當然就不可能把它用作望遠鏡了。

"雷恩的反應是'哦,我知道你的意思,但是把這個漂亮的金球放在頂部不是更好嗎?你還可以用它來放煙花,'"扎克一邊說,一邊指出設置煙花發射台基本不在當時人們的考慮範圍內。

幸運的是,國王拒絶把自己的雕像放在紀念碑的頂部,因為他覺得這看起來好像會把火災的責任推給自己。胡克按照自己的想法繼續工程,紀念碑在1677年完工。

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Image caption 在17世紀時,紀念碑後面的這條路是倫敦最繁忙的街道(圖片來源:Getty Images)

按照原來的想法,要在望遠鏡的兩頭安裝透鏡,觀測者站在實驗室裏,用特別的目鏡觀測恆星。這次,胡克如願以償了。

但就在這時,災難降臨。"他努力對齊兩枚相距200英尺的透鏡,但是固定它們的方法非常有限,"扎克說。更糟的是,紀念碑旁邊就是漁街山(Fish Street Hill),這是當時通往倫敦橋的主幹道,是倫敦當時最繁忙的街道之一,精密的科學儀器距離它只有數米。最後,交通帶來的震動毀掉了一切。

胡克並沒有確認恆星視差,一直到1838年,德國天文學家弗里德里希·貝塞爾(Friedrich Bassel)在觀察天鵝座61的運動方式時才確認發現了恆星視差。

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Image caption 胡克的輪形氣壓表依賴氣壓。隨著氣壓的上升,水銀被擠壓到玻璃球中,另一頭的水銀高度就會降落(圖片來源:Science Photo Library)

但是,紀念碑的故事尚未完結。在17世紀,高層建築非常少見。當時,全球最高的建築是斯特拉斯堡主教座堂(Strasbourg Cathedral),高度是紀念碑的兩倍。此前,胡克只能去倫敦威斯敏斯特教堂或聖保羅教堂的頂部進行對高度有要求的實驗。現在,他有了自己的實驗室,可以測試高度產生的效果,尤其是對氣壓的作用。1678年,他寫了一篇日記,日記內容一如既往的混亂:

5月16日,周四——寫了一封很生氣信給格雷斯(Grace),抱怨她的母親。漁街山實驗頂部(氣壓)下降了大約三分之一英寸。視察貝特萊姆。約瑟夫·瓦特爵士(Sir Joseph Watt)來。打開鐵箱子時弄傷了手指。在喬納森(Jonathans)家與亨肖(Henshaw)先生談了漁街山上柱子的實驗。

胡克當時正在用氣壓計測量紀念碑不同高度上的氣壓值。他對紀念碑進行了仔細的設計——每一級台階的高度剛好是六英寸——這樣他就可以精確追蹤氣壓值的變化。從台階的底部走到頂部,水銀液面下降了大約三分之一英寸,確證了隨著海拔的提高,氣壓會下降。

這也是紀念碑成功完成的一項實驗。不過誰會在意30年前這一點早已被發現?甚至當時的實驗方法還非常簡單,就是爬山而已。

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