讓亞馬遜老闆花3個億建的「萬年鍾」長啥樣？
頭圖潛台詞：一萬年後看貝索斯——《The man from earth》（該片中有一位1.4w歲的caveman）
百科君看到了一條不是那麼重要的新聞，就是說亞馬遜的CEO貝索斯發了條推，透漏了下萬年鐘的進度。後來媒體說道，為了這個鐘，老貝投了4200W美刀。雖然這個價錢只能買三分之一個博格巴，但是還是夠買好些個百達翡麗的。所以，百科君還是感慨一下「城會玩」，而且禁不住心癢，想扒一扒這到底是個怎樣牛逼的鐘。
首先看這條推里的信息，萬年鍾、Danny Hillis發明，信息已經夠多了。
1. Danny Hillis是哪位大神？
維基百科有他的詞條，大名是William Daniel Hillis。
這位大叔是一個計算機科學家，幹了很多事，開過公司，賣過超級電腦，尤其是干過迪士尼成像的研發工作，一度干到副總。我不知道以前看過的迪士尼電影里，會有多少有他的貢獻…
尤其在他的詞條下面介紹了「The Long Now Foundation」。這個基金初步介紹了他對「萬年鍾」的設想產生於1986年，源於他對人類世界人民精神文明建設的擔憂。所以他打算搞一個萬年鍾，每一千年打個鐘，這就是現實版的「警鐘長鳴」吧。對，不是經常的常，是1000年那麼長才鳴一次的，那麼長。形象點說，如果萬年鍾在2000年這個千禧年鳴了第二次的話，那按理說上一次打鳴應該是中國的北宋咸平年間，也就是楊延昭正跟遼國蕭太后打來打去的時候…
而萬年鍾正是這個基金下面最重要的一個項目，而鐘的所有人就是貝索斯。插一句，有一些關於貝索斯介紹的網頁曾經提到過，Hillis和老貝是「家庭朋友」。
呵呵。
2. 萬年鍾長啥樣？
這個鐘很大，500英尺高，12英尺的直徑。換算成米大概是150米高，3.6米直徑。大約是10平米的膠囊公寓蓋個50層。我的天啊，要是這麼個樓蓋在北京海淀區，怎麼也能賣出一個小目標的吧。
至於為什麼要這麼大個，估計考慮到萬年鍾精確度的需要，後面會提到。
不過這個萬年鐘的原型已經出來了，現藏於倫敦的科技博物館裡。能找到的圖片長這樣。
而美國的外觀專利長這樣，USD0440882S，申請於2000年。
還有它的錶盤長這樣，USD0440900S，申請於2000年。人家的錶盤是要展示日月星辰的，怎麼搞具體還可以看US6339885B1這篇。
當然，這些都是十多年前的樣式了，從他們的網站上看，大概是這麼個樣子。當然，這只是另一個原型鍾應該。
真實的直徑尺寸大概是這樣的。
其實說實話，看到原型圖片後，本君感慨的不是尺寸，而是鐘的材料。基於百科君對於合金化學的淺薄認識，心想能工作萬年機械鐘並且至少得不腐不銹的，怎麼也得是我國古代勞動人民的智慧結晶——青銅器吧。都已經存在了幾千年了，再擺個幾千年應該也不成問題；而且一定能促進中美友好關係上一個新的台階。但是美國工程師似乎更青睞現代科技。從披露的信息看主要的材料包括鈦合金、陶瓷等長效材料，以及石英、藍寶石和高鉬不鏽鋼等，所以光從材料上看，這個萬年鐘的造價確實不菲。
3. 鍾怎麼運轉？
總設計師Hillis的基礎設想大概是包含五個方面：
（1）長壽：時鐘在萬年之後應該是準確的，並且不得包含可能被搶劫的有價值的零件（如珠寶，貴重金屬或特殊合金）。
（2）可維護性：如果有必要，未來世代應該能夠保持時鐘的運作。
（3）透明度：時鐘應該是可以理解的，無需停止或拆卸它;沒有功能應該是不透明的。
（4）可演化性：應該有可能隨著時間的推移改進時鐘。
（5）可擴展性：為確保最終的大時鐘能夠正常工作，必須構建和測試更小的原型。
可以看出，最核心的問題就是這個萬年鍾能在萬年的時間內盡量能保持健康的運轉，我們的子孫以及子孫的子孫最好不用去干預它，以至於等到即使文明更迭了，人科動物也滅絕或者移民火星了，這個萬年鍾還能一直轉下去。
http://media.longnow.org/files/2/10_AAS_11-665_Hillis.pdf
4. 核心技術
（1）怎樣從1年到1w年？
這是一個宏觀架構問題，如果這個問題解決不好，這個鐘就可以不用做了。但是難題就在眼前。簡單來說，就是一個太陽年並不是準確的365.00天而是365.242198天…這樣的小數對於傳統的曆法來說可以用閏年補，對於普通的機械錶來說你可以時不時的按照你的意願去修正。但是這個萬年表如果真的比人類未來的歷史還長，誰去給它做修正呢？那只有一個辦法了，就是機械原理精確的表示出來1/365.242198天，然後每天累積起來就是準確的1個太陽年。呵呵，這對於傳統方式的機械錶絕對是impossible。因為齒輪組的精確度需要由那麼多的輪齒來表達，而這個分數要難為死它們…而且有齒輪就得有磨損吧，有磨損就會有誤差吧，所以齒輪的法子是行不通的。
所以Hillis就使用了他擅長的二進位計數…用了套沒有齒輪的機械裝置來計數，名曰位串列累加器（Bitserial mechanical adder，US6249485B，申請於1997年）。它每天可以通過日輪的旋轉把分數1/365.242198像常數一樣加到累加器上。每當累積溢出時，就生成一年的信號。累加部分的小數部分保持在累加器中，這樣舍入誤差不會隨時間累積。專利里的這個累加器大概包含兩個基礎部分，合起來長這個樣子。
跟原型鍾對應一下，大概是對應的是這個複雜的底座。要知道，專利是1997年申請的，當時的設想可能還沒有完全實現，而且經過了20年的改進和測試，可能樣式確實有了新的改變，尤其是變得十分複雜了。
而且，這個要運行萬年的累加器，剛才說了精度很重要，而且要把分數1/365.242198用機械的方式表達準確，所以他不得不做的足夠大以減少系統誤差。所以才必須依山鑿洞做成了龐然大物。
2. 怎麼確定一天？
宏觀的問題已經解決了，那剩下的問題就是怎麼讓累加器或者說日輪知道，「一天已滿該計數了」？
所有的機械錶都是需要通過存儲勢能，然後通過釋放機械能的方式驅動鐘錶運行。但是Hillis不相信彈簧或者發條，因為大尺寸的彈簧很容易由於製造材料、製造工藝的問題導致彈簧的形變或者存儲的勢能在萬年里產生變化，從而產生不可接受的誤差。所以他覺得，在這萬年里，唯一可靠的就是重力了。畢竟某央視名嘴曾經說過，地球不爆炸，重力不放假；地殼不重啟，重力不休息。所以，Hillis設計了重量操作的機械驅動（Weightoperated mechanical drive，US6220394B1，申請於1999年），核心是一個圓柱形重物，該重物通過一個螺旋形螺紋驅動螺桿懸掛，該螺旋形螺桿穿過並與沿其旋轉軸線限定的孔內的互補螺紋嚙合。由於重力的作用，重量會使驅動螺桿下降，從而產生連續的扭矩，並防止重物圍繞螺桿的軸線旋轉。貌似是類似擺式機械錶的擒縱機構。但是這個結構目前從原型鍾並不是看得很明顯，有可能是有改進了，也可能是和累加器集合在了一起。
順道提一下，Hillis在1998年的專利中（US6097673A）還設計了類似康格里夫時鐘（也被稱為走珠鍾）的走珠式計時器，用小珠珠的來回滾動來計算一天，甚至把小珠珠的滾動路徑都優化好了。但是目前看該技術路線彷彿沒有出現在原型鍾中。
3. 動力獲取
對於驅動力的獲取，Hillis的原話如下：
The clock is designed to maintain its long-termaccuracy by synchronizing to the Sun, through heating of a sealed chamber ofair by a shaft of light that shines into the mountain at solar noon.
通過在正午太陽照射到山上的一束光來加熱密封的空氣室，以實現時鐘與太陽的同步，從而保持其長期的精度。
The air pressure change generated by this light drivesa piston that adjusts the clock.
由這個陽光產生的氣壓變化驅動一個調節時鐘的活塞。
Diurnal solar heating is also used to wind the weightthat powers the pendulum and sun-tracking mechanism.
晝夜太陽能的加熱也使得活塞重量發生變化，並驅動擺錘和太陽跟蹤機構。
這與貝索斯推文的內容基本一致。當然老貝一定是被他灌輸的。
不過可以推測的是，上述重量操作的機械驅動應該是確實是使用了的。但是具體怎麼根據晝夜太陽的變化來獲取動力的裝置，Hillis沒披露，專利信息也沒有披露。當然這應該也是目前萬年鍾最為神奇的地方了。用技術秘密來捂著也挺好。
其實整個萬年鍾除了外觀，都不用申請專利就挺好。畢竟除了貝索斯、馬爸爸等少數派，誰也買不起也玩不起，哈哈。
結語
以上就是看起來很神奇，越扒越神秘的萬年鍾了。從一個30年前的構想，到上世紀90年代末付諸實施，再經過20年的不斷優化與改進，光是這點就應該向Hillis的才智和貝索斯的財富致敬了。當然，也期待有天它建好了，百科君能去實地參觀一下了。
TAG:百科君的IP雜談 |