1665年,克里斯蒂安·惠更斯在海牙的家中,两台钟表开始表现得不像机器,更像室友。他亲手制作了它们,并将它们悬挂在同一个支架上,观察它们的摆锤逐渐进入他所谓的“奇妙共鸣”。如果以不同的方式启动它们,只要有足够的时间,它们就会再次找到彼此。[1]

安装在同一木质支架上的两台摆钟可以实现同步,因为它们各自通过共享的结构发送微小的振动。惠更斯在1665年发现了这种效应,现代研究人员后来重新进行了实验,以揭示木材中隐藏的“对话”。

在惠更斯的装置中,钟表悬挂在一根横跨两把椅子的木梁上。摆锤不仅仅是在彼此附近滴答作响。它们以完美的和谐同步摆动,通常是朝相反的方向,仿佛它们之间的横梁变成了一个信使。[2]

惠更斯在1665年2月22日写给R. F. de Sluse的信中,将这一奇怪的报告带出了房间。两天后,惠更斯再次向他的父亲和伦敦皇家学会的一名成员写信提及这些钟表。微分学尚未出现,无法给他提供耦合振子的现代语言,但他还是指出了可能的罪魁祸首:木质支架的微小运动。[2]

三个半世纪后,在埃因霍温和墨西哥,研究人员用更大的钟表、更好的传感器和更精确的方程再次进行了实验。那个老问题仍然顽固地存在于日常生活中。当两个各自用来计时、但却不得不依靠同一件家具的仪器时,会发生什么?[1]

《科学报告》中的钟表用它们自己巨大的摆锤重复了共享支架的把戏。摆锤可以和谐地同步摆动,并朝同一个方向。这种同步伴随着一个实际的小问题:一旦同步,钟表的共同振荡频率就会降低,导致钟表走慢。[2]

在海上,几秒钟的计时误差就可能导致对船只在地球上位置的错误判断。精确的计时与航海息息相关,尤其是寻找经度的难题。后来的航海计时器之所以闻名,是因为可靠的钟表能给水手提供地平线无法提供的东西。[3]

在两个钟壳下方,木梁承载的不仅仅是它们的重量。一台旨在将时间划分为精确部分的钟表,仍然可能被它的邻居轻轻推动。木头没有发出响亮的声音。它几乎看不见地弯曲着,来回传递微小的扰动,直到两台机器达成了一个它们各自都未单独选择的节奏。

留在同一根横梁上的两个黄铜摆锤,让惠更斯的短语听起来不那么古怪了。“奇妙的共鸣”是一个人注意到精确性可以传染,以及时间本身可能通过一块木头来“协商”的事实。

来源:

  1. 埃因霍温科技大学,惠更斯同步报告
  2. 《科学报告》,两台摆钟的共鸣
  3. 格林威治皇家博物馆,经度和精密计时器