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目次

書摘/試閱

如何測量世界的深度,唯有精密、準確的力量,開啟人類的長和寬!
少了它,這世界就不會有鐘錶、汽車、鏡頭、槍、電腦、大數據!
從美國、西歐橫跨亞洲全球,從工業時代到數位時代,全靠人類最偉大的技術發明成就──精密!
但是,追求極致完美主義,人類是否會忽略了這世界真實的模樣?精密和自然可以共存嗎?

《紐約時報》暢銷書《不平靜的太平洋》作者、電影《牛津解密》原著作者賽門‧溫契斯特匠心力作,揭開人類科學與工業史上最神奇、複雜的發展歷程
涂豐恩(哈佛大學歷史與東亞語文博士)專文導讀

精密,翻轉了現代人類世界的面貌
缺乏精密,你我的生活將截然不同

「精密度」(precision)是現代社會的重要組成部分,但我們卻很少靜下心來思考它。精密度的概念源於18世紀末,約在美國獨立戰爭和法國大革命的時期,由五個原本互不相識的英格蘭人所創想。當時湯瑪斯‧傑佛遜認為精密度有其絕對必要性,在他的鼓動之下,這個想法越過大西洋,輸出到剛成立的美國,傳到康乃迪克州和維吉尼亞州的磨坊和兵工廠,使美國逐步成為製造大國,接著再傳遍世界各地的工廠和實驗室。在工業革命初期,人們建立了測量標準,進而打造出工具機,亦即製造機器的機器。爾後,精密工具和方法被用來生產槍枝、玻璃、鏡子、鏡頭和照相機,但最終讓位給更先進的技術,包括基因剪接(gene splicing)、微晶片(microchip)和強子對撞機(Hadron Collider)。
「精密度」的思考是歷史上一個偉大的轉捩點,如果不留意精密度,製造業便不會崛起。在其助長之下,現代生活標準近乎奇蹟似地遍及整個世界。它造就量產、電子學、電腦晶片、太空旅行、現代機械、戰爭的革命性發展,對人類產生重大影響。
賽門‧溫契斯特將帶領讀者回到工業時代初期,從北威爾斯的鑄造廠和曼徹斯特的工廠,到迪爾伯恩的生產線,以及美國太空總署的實驗室,穿越近二百五十年的歷史,足跡遍及整個世界。接著,順著時光逐步推移,論及目前全球各地(從美洲到西歐和亞洲)的尖端科技發展,以及成就現代生活的所有機械、工業、工程和電子產品的複雜標準。
《精確的力量》探討的核心問題是:精密度為何重要?我們使用哪些不同的工具來測量精密度?誰催生並提高了精密度?我們在許多層面追求「超精密度」,是否因此蒙蔽了雙眼而無視其他具備同等價值的美好,好比古老工藝、藝術和高雅文化?我們是否忽略了真實反映世界、而非體現我們理想世界的事物?精密物件能與自然和諧共存嗎?本書精彩呈現近代精密工業發展史,作者不僅對過往表達敬意,也對未來提出警告,值得深思。

作者簡介
賽門‧溫契斯特(Simon Winchester)

1944年生於英國,牛津大學地質系畢業,知名作家與探險家。曾任英國《衛報》及《星期天泰晤士報》海外特派員,常為《觀察家》、《國家地理》雜誌、BBC等媒體撰稿。
著有多部名列《紐約時報》及其他暢銷排行榜的精彩好書,包括:《天才、瘋子、大字典家》(The Professor and the Madman)、《不平靜的太平洋》(Pacific)、《大西洋》(Atlantic)、《美國統一功臣》(The Men Who United the States)、《熱愛中國的洋人》(The Man Who Loved China)、《世界邊緣的裂口》(A Crack in the Edge of the World)與《喀拉喀托火山》(Krakatoa)。
2006年獲英國女王頒授「大英帝國官佐勳章」(Order of the British Empire,簡稱OBE),現居美國麻州西部。

譯者簡介
吳煒聲
美國蒙特瑞國際研究學院中英口筆譯組碩士,曾獲美國翻譯協會(ATA)英譯中檢定合格任證。目前任教於國立清華大學與交通大學外國語文學系,致力於英語教學與中英翻譯研究。
2009年起建立「天地無用」英語學習部落格,將個人多年的學習英語心得逐一分享給廣大網友參考,以期拋磚引玉,吸引更多華人放棄教條式或填鴨式的英語學習法,以正確的方式逐步邁進多彩多姿的英語殿堂。

專文推薦
涂豐恩(哈佛大學歷史與東亞語文博士)

國際媒體一致好評
一場精彩的科普之旅,處處展現科技奇觀……讀者必定會喜歡這趟旅程。
──《科克斯書評》(Kirkus Reviews)

溫契斯特擔任過記者,後來轉行寫作,筆耕不輟。他研究時仔細嚴謹,是一位天主教徒思想家。
──詹姆斯‧格萊克(James Gleick),《紐約書評》(The New York Review of Books)

作者博學多聞,夙負盛名,專門研究非比尋常卻引人入勝的主題與人物。本書是他生花妙筆下的另一本極品。
──《書單雜誌》(Booklist)

這是溫契斯特最新的科普書籍,內容風趣幽默且啟發人心。
──《出版人週刊》(Publishers Weekly)

活潑生動,富有價值……故事情節非比尋常,讀之令人振奮。
──《華爾街日報》(Wall Street Journal)

溫契斯特以熱情的筆調娓娓道來,內容鉅細靡遺,人事時地物精彩纷呈,躍然紙上。
──《紐約新聞報書評》(New York Journal of Books)

差不多先生的完美惡夢/涂豐恩(哈佛大學歷史與東亞語文博士)
「你知道中國最有名的人是誰?提起此人,人人皆曉,處處聞名,他姓差,名不多,是各省各縣各村人氏。你一定見過他,一定聽過別人談起他,差不多先生的名字,天天掛在大家的口頭,因為他是中國全國人的代表。」
「差不多先生的相貌,和你和我都差不多。他有一雙眼睛,但看得不很清楚;有兩隻耳朵,但聽得不很分明;有鼻子和嘴,但他對於氣味和口味都不很講究;他的腦子也不小,但他的記性卻不很精明,他的思想也不細密。」
你可能還認得這一段文字,它出自一篇名叫〈差不多先生傳〉的短文,作者是現代中國最重要的知識分子胡適。這篇文章因為一度收入台灣中學國文課本當中,因此成為許多人的共同記憶。
在胡適筆下,差不多先生是這樣的:要買紅糖卻買成了白糖、在課堂上把陝西當成山西,在錢鋪裡做夥計算帳,卻常把十字常常寫成千字,千字常常寫成十字。凡此種種功能,他卻總是不以為意,只說:「凡事只要差不多,就好了。何必太精明呢?」
還有一次,差不多先生要搭火車,卻遲到兩分鐘才到火車站,眼看火車已經開走,他只能搖搖頭說:「火車公司未免太認真了。八點三十分開,同八點三十二分開,不是差不多嗎?」
最後,差不多先生生了病,家人要找汪大夫來看病,卻陰錯陽差找到了牛醫王大夫,害得差不多先生一命嗚呼。看來是個悲劇的結尾,胡適卻諷刺地寫著:
「他死後,大家都很稱讚差不多先生樣樣事情看得破,想得通;大家都說他一生不肯認真,不肯算帳,不肯計較,真是一位有德行的人。於是大家給他取個死後的法號,叫他做圓通大師。」
「他的名譽愈傳愈遠,愈久愈大,無數無數的人,都學他的榜樣,於是人人都成了一個差不多先生。─然而中國從此就成了一個懶人國了。」
〈差不多先生傳〉首次發表在一九一九年的《新生活雜誌》上,距今正好一百年前。那一年,也是「五四運動」爆發的一年,在那之後,新文化運動在中國風起雲湧,青年知識分子高舉「德先生」(民主)與「賽先生」(科學)的旗幟,要開始大力改造創痛。胡適是這場運動中的要角,他發表〈差不多先生傳〉,自然也是意在針砭中國文化。
我看到《精確的力量》一書,第一個想起的,便是胡適的這篇短文。其實,胡適不是唯一從這種角度批評中國文化的文人。根據日人內山完造的紀錄,魯迅也曾經說過:「中國四萬萬的民眾害著一種毛病,病源就是那個馬馬虎虎。就是那隨它怎麼都行的不認真態度。」相較起來,他說,「日本的長處,是不拘何事,對付一件事,真是照字面直解的『拚命』來幹的那一種認真的態度。」
精密、完美、嚴謹,這些概念與現代科學與技術的發展有著極密切的關係,也是創造世界的關鍵要素。胡適的諷刺寓言,魯迅對中國人馬馬虎虎的念茲在茲,都從反面襯托出「追求精確」是現代文明的一種執念。
《精確的力量》一書深入探索「精密」的發展史,還有它在現代社會、商業與科技發展中所扮演的角色,除了讓我們理解這個概念本身的流變,也讓我們看到它如何上升到如今這般不可置疑、不可或缺的崇高地位。
本書作者、著名的科普作家賽門‧溫契斯特(Simon Winchester),將精密的現代史追溯到十八世紀的鐘錶匠。這似乎不讓人意外,說到精密,很多人腦中浮現的,可能正是鐘錶齒輪互相咬合、彼此轉動的形象。鐘錶需要精密,因為現代社會要求時間精準,不差一分一秒。順道一提,鐵路與火車在這個現代時間觀念的形成中,扮演了十分核心的角色,此前恐怕沒有一項交通工具,會如此要求搭乘者準時。(溫契斯特提到:「在二○一七年年底,一輛筑波快線列車提早離站二十秒,日本鐵道公司為此還公開致歉。)胡適在〈差不多先生傳〉中描寫主角錯過火車的場景,可以說十分具有其時代意義的。
不過溫契斯特也指出,追求精密的時鐘,是個持續的歷史過程,並非一蹴而就。早期的時鐘受制於物質條件,其實並不準確,必須不時校準。(「鐘聲輕柔和睦,報時各自為政」,有位作家曾這麼寫到。)但一九六九年,日本的精工(Seiko)鐘錶公司利用新技術,製造出石英腕錶,成為有史以來最精密的手錶,據說震撼全球製錶界,也把人類對精準時間的追求,往前推了一大步。
時鐘與精準的關聯也許不難想像,但我們也會在書中讀到其他意外的故事。比如溫契斯特告訴我們,「精密」的誕生,與瓦特發明蒸汽機竟也有著直接的關連。原來,瓦特早期所製造的蒸汽機。因為不夠精密,蒸汽一直外洩,讓雄心勃勃的瓦特懊惱不已。幸好,來自英國的「鐵狂人」威爾金森(John Wilksinson),在因緣際會下與瓦特搭上了線,並以他製造火砲的經驗,改善瓦特的蒸汽機,消除了蒸氣外洩的問題,也讓瓦特發明的機器,開始推動歷史轉軸。過去歷史課本講到工業革命,絕對不能不提瓦特之名,但意外扮演關鍵推手的威爾金森,可就沒那麼為人所熟知了。
除了鐘錶與蒸汽機外,精密的概念也助長了軍事、汽車與航空等現代工業,還有與台灣當代經濟息息相關的半導體產業—可惜作者沒有對台灣的角色有所著墨。在書中,溫契斯特一一追索這些產業「精益求精」的歷史。不過反過來說,在這樣一個凡事講求精確的時代,不夠精確、甚或只是一點小誤差,都可能釀成重大的災禍。
比如十九世紀初年美國的軍火工業,因為商人的貪婪,沒把精準一事放在心上,結果製作出來的槍械,要不是問題重重、無法使用,就是損壞之後難以修復,讓許多提著槍上戰場的年輕士兵,只能自求多福。根據溫契斯特的說法,美國之所以輸掉了一八一四戰爭,與這個軍火製造的精密問題,有著直接關係。
一百多年後,美國會遇到另一個因不夠精密而下場難堪的場面。事情發生在一九九○年,那一年,哈伯望遠鏡升空,科學家們熱切期盼這個最新、最先進,花費將近二十億美元打造的太空望遠鏡,能為地球人帶回壯闊的宇宙景象。但是誰也沒想到,在哈伯升空兩個月後,得到的結果卻是:圖像模糊不清。
哈伯所拍下的照片沒有一張清晰到可以使用,整個計畫幾乎要宣告失敗。問題的原因?原來只是「主鏡稍微多磨平了一些,只有人類頭髮厚度的五十分之一,卻足以引起光學問題」。
因為相當於人類頭髮厚度五十分之一的誤差(更精確地說,是主鏡邊緣多扁平了二‧二微米),就足以讓二十億美元的計畫差點破滅。
因為不精準而造成的災難,還有另外一樁。二○一○年十一月四日,澳洲航空的巨無霸客機A三八○空中巴士,準備從新加坡前往雪梨,可是起飛不久,突然警報大作,引擎燃起熊熊烈火,造成全體機上乘客恐慌。還好,最後在機組人員冷靜處理下,這架飛機成功緊急迫降,沒有釀成人命傷亡。
根據事後調查,所有的問題,可以追溯到引擎的一個零件—供油短管。「這跟管子不到五公分長,直徑只有四分之三公分,英格蘭中部地區北方一間工廠的某個員工曾對這根管子鑽了一個小洞,但是鑽偏了,洞的位置不正。」誤差大約半公釐,卻造成數百萬美元的損失,甚至差點要奪走幾百條人命。
在過去數百年內,「精密」為現代文明帶來的許多新的可能性,科技的發展、商業的突破,都有賴這一個觀念。甚至許多現代機器的精密程度,已經遠遠超乎一般人類的能力。但也因此,人類的粗心大意,將帶來意想不到的嚴重後果,而任何誤差,也將變得無法忍受。《精確的力量》一書,既是向不斷追求精準的科學家與工程師致敬,有時讀來卻也像是一則警世寓言。
一百年前的差不多先生,要是有幸活到了今天,恐怕結局不只是丟掉了自己性命這麼簡單了吧。

前言(節錄)
我父親終其一生擔任精密工程師(precision engineer)。他在職業生涯的最後幾年,替魚雷導引系統(guidance system)設計並製造微型電動馬達(electric motor)。他從事機密的工作,但偶爾會偷偷帶我參觀工廠。我會看到各類機器,有的替小型黃銅齒輪切割輪齒,有的替比人類頭髮更細的鋼製心軸(steel spindle)拋光,有的則將銅線纏繞於比火柴棒頭更小的磁鐵上。我會盯得出神,不是驚異萬分,便是深感迷惑。
我是在賞玩機器的日子裡度過童年,至今已過了半個多世紀,但我仍記憶清晰,懷念那段時光。二○一一年春季的某個下午,一位住在佛羅里達州清水鎮(Clearwater)的陌生人給我發了一封電子郵件。我收到郵件時非常意外,童年時光頓時湧上心頭。信件標題很簡明,只寫著「A Suggestion」(提議),內文第一段(只有三行字)不說客套話,劈頭便寫道:「Why not write a book on the History of Precision?(為何不寫一本討論精密工藝歷史的書籍?)」
寄信人名叫科林‧波維(Colin Povey),其主要職銜是「科學玻璃吹製師」(scientific glassblower)。他講的理由很簡單,卻極具說服力:精密(precision)是創造現代世界的關鍵因素,卻隱藏於世人的眼光之外。人人皆知,機器必須精密;大家都認為,對人們很重要的物品(好比照相機、手機、電腦、自行車、汽車、洗碗機與原子筆)必須有精密組合且操作近乎完美的元件;此外,我們大概也會假設,物品愈精密,品質便愈好。氧氣(oxygen)或英語之類的精密現象被視為理所當然。大家對此皆視而不見、不常仔細思考,也甚少適切討論(至少對於非專家的普通人而言)。然而,精密現象始終存在,乃是現代社會極其重要的層面。少了這項因素,現代化便如紙上談兵,純屬空談。
然而,並非自始至終都是如此。精密有個開端,有明確且無庸置疑的起始日期。精密是逐漸發展,不斷成長、變化和演變。在某些人眼中,精密的未來發展非常明確,但某些人則感到迷茫,不確定其未來走向。換句話說,精密會依循敘事的軌跡發展,但該軌跡可能是拋物線,而非延伸至無窮遠的直線。無論精密以何種方式演變,都會伴隨著一個故事。正如電影界所言,那是一條直通線(through line,譯注:貫穿整部電影的主題或構想)。
在我們深入研究其歷史之前,必須先探討精(密)度(precision)的兩個具體層面。首先,現代人聊天時,隨時都可能談到精密度;其實,在現代的社會、商業、科學、機械和知識領域中,精密度是不可或缺、無庸置疑且似乎至關重要的組成分。它全面且徹底滲透到我們的日常生活。其次是(這簡直很諷刺)多數人的生活無不被精密度影響,受其調味、醃製、鹽漬和彩妝;然而,當我們想到它時,卻全然不知何謂精密度、不了解其意義,或者不明白它和聽起來類似的概念有何差別──最常見的,首推準確度(accuracy),另有雷同的講法,譬如:完美(perfection)、嚴謹(exactitude)、正確無誤(being just right)和完全正確(exactly)!
精密度無處不在,要證明這點輕而易舉。
只需約略四處查看,便可得知這點。不妨瞧瞧咖啡桌上的雜誌,特別去留意廣告頁面。你在短短幾分鐘內,便可粗略湊出時間表,享受充滿精密度的一天。你可使用高露潔精密牙刷(Colgate Precision Toothbrush)清潔口腔,迎接清新的早晨;如果你夠熟悉吉列(Gillette)的諸多系列產品,可用嶄新的鋒護冰爽(Fusion5 ProShield Chill)系列刮鬍刀,用「精密的五刀片」(five precision blades)減低刮臉頰和下巴鬍鬚時的「拉扯」(tug and pull)感,最後拿博朗精度修剪器(Braun Precision Trimmer)整理山羊鬍和八字鬍。認識新朋友之前,務必購買上過廣告的機器,運用專利的「精密雷射除紋」(precision laser tattoo removal),免受痛苦便可輕鬆移除二頭肌上暗示前女友的紋身圖案。一旦清乾淨紋墨,便可對外展示肌肉,拿一把「芬德精密」(Fender Precision)低音吉他,向女人彈奏一首小夜曲求歡;你也可以替汽車裝上一組新的書面保證「火石/凡司通精密」(Firestone Precision)輻射層雪地輪胎,於冬季時駕車帶她奔馳遨遊,無需擔心車子會失控打滑;你可以先在高速公路上展示高超的駕駛技術,讓她印象深刻,然後運用「福斯精密」(Volkswagen Precision)停車輔助科技,嫻熟地將車子停靠於路邊;然後,你可以邀她上樓,打開古老的「史考特精密」(Scott Precision)收音機,播放輕柔音樂(總部位於芝加哥的「史考特變壓器公司」﹝Scott Transformer Company﹞「締造了諸多世界紀錄,這款收音機又替其非凡成就錦上添花」──普通咖啡桌上擺放的,並非全是最新一期的雜誌。)倘若飄雪稍微緩和,不妨使用配有「精密溫度控制」(precision temperature control)的「大綠蛋」(Big Green Egg)戶外烤爐,於後花園準備浪漫晚餐;然後,你們可以欣賞附近使用「強森精密公司」(Johnson Precision)器具耕種的玉米田,沉浸於夢幻般的田園景緻;最後,你們大可放一百個心,當晚狂歡之後,即便隔日醒來宿醉頭痛或身體不適,也可前往紐約長老會醫院(NewYork-Presbyterian Hospital)求醫,服用新近問世的精密藥物來緩解病症。
隨便翻閱咖啡桌上成堆的雜誌,立馬便能找到前述案例。案例之多,不勝枚舉。未來的英國女王(婚前本名為凱特‧密道頓﹝Kate Middleton﹞)外貌過於出眾完美,英國小說家希拉蕊‧曼特爾(Hilary Mantel)最近將她描述為「精密製造、機器製造」(precision-made, machine-made,譯注:暗諷凱特王妃是按照精確計製作,猶如機器製造,舉手投足過於精準到位)然而,這位劍橋公爵夫人(Duchess of Cambridge)(其他人也不例外)之所以完美,乃是囿於先天基因和後天教養,必然會展現「不精密」(imprecision);因此,無論保皇黨或工程師,其實都不滿意曼特爾的說法。
在上述例子中,精密度帶有貶義。然而,精密度卻在別處被奉為圭臬,不時出現於產品名稱、列為產品功能的主要性質,或者成為產品的形式,而且生產這類產品的公司,往往都將精密二字納入企業名稱。此外,精密度還用於描述下列情況:人如何使用語言;人如何整理自身的想法;人如何穿衣、寫稿、繫領帶、製作服裝和調製雞尾酒;人如何雕刻和將食物切片和切塊,好比壽司大師是因為切鮪魚時精準到位而備受尊敬;以及人如何巧妙踢足球、化妝打扮、投擲炸彈、解決謎題、開槍射擊、繪製肖像、電腦打字、贏得辯論和提出見解。
我可說,證明完畢(QED,譯注:拉丁片語quod erat demonstrandum﹝這就是所要證明的﹞的縮寫。通常在證明的尾段寫出「Q.E.D.」,藉此顯示所需的證明結論完整無缺。)。確實是如此(Precisely)。
精密(precision)與準確(accuracy)意思相近,但精密更好,更適合前述列舉的案例。「準確雷射除紋」(Accurate Laser Tattoo Removal)聽起來並不那麼令人信服或讓人感覺有效;汽車若配備「準確停車科技」(Accurate Parking Technology),會讓人覺得偶爾可能會撞到別輛車子的擋泥板;「準確玉米」(Accurate Corn)充其量聽起來有點枯燥。如果你說「準確」繫上領帶,聽起來彷彿高高在上,有意譴責他人,但若改口說「精密」繫上領帶,便可展現風格魅力。
「精密」這個詞極具魅力且扣人心弦(precision的第三個音節開頭是s的齒音/噝擦音﹝sibilance﹞,因此帶有這種效果),起源於拉丁文。法語早期廣泛使用這個字,十六世紀時才首度納入英語詞彙。單字precision最初表示「分離或切斷的行為」(an act of separation or cutting off),但現今已很少人這麼用(另一個字précis表示修剪或割掉的行為):如今經常代表的意思因為使用過度而淪為陳腔濫調,如同《牛津英文字典》(Oxford English Dictionary)所述,它代表做事「準確和精確」(with exactness and accuracy)。
在下文中,精密與準確幾乎等量齊觀,可以互換,因為人們通常認為這兩個詞代表相同的東西;然而,它們代表的事物並不完全相同,並非一模一樣。
本書要探討特定的主題,非得明確區分這兩者,因為真正落實精密的工程界專家認為,區別這兩個詞非常重要。這點提醒我們:英語幾乎沒有同義詞,英文單字全都特立獨行,具備極為狹窄的含義。在某些人眼中,精密和準確大不相同。
精密和準確的拉丁語起源便暗示了這兩個字的本質差異。準確的詞源是表示「關心和留意」(care and attention)的拉丁文;精密的起源是古代一系列涉及分離(separation)的字詞。乍看之下,「關心和留意」似乎跟切割的動作有點關係,但其實關聯甚少。精密卻與後來表示「細微和細節」(minuteness and detail)的意義有著更為緊密的聯繫。如果你準確描述某樣東西,便是盡可能描述其真正的價值。如果你精密描述某樣東西,你是盡量詳述其細節,儘管這些細節可能並非描述事物的真正價值。

推薦序 差不多先生的完美惡夢/涂豐恩

前言
第一章 星星、分秒、汽缸與蒸汽──航海鐘與蒸汽機
第二章 極為平整且甚為縝密──扣鎖、滑輪與測量儀
第三章 家家有槍枝,戶戶有鐘錶──槍械與時鐘
第四章 接近更加完美的世界──爭奇鬥異的萬國工業博覽會
第五章 不可抗拒的高速公路誘惑──勞斯萊斯與福特汽車
第六章 六哩高處,危險重重,孜孜不倦,追求精密──飛機噴射引擎
第七章 透過精密鏡片,看清萬千世界──相機鏡頭與太空望遠鏡
第八章 我身處何地?目前為何時?──GPS全球定位系統
第九章 擠壓緊逼,超越極限──超精密電晶體
第十章 維持平衡,尋求均勢──精緻的日本傳統工藝

後記 測量一切
致謝
參考書目
字彙表

第七章 透過精密鏡片,看清萬千世界──相機鏡頭與太空望遠鏡
哈伯望遠鏡在建造時可謂龐然大物(大小等於五層樓房),但飄浮於浩瀚無垠的太空時卻顯得微不足道,而且也不是太空中最漂亮的物件。它長相笨拙,似乎曾是個身漆銀色的胖男孩,瞬間長大之後,顯得呆頭呆腦。哈伯獨自飄浮著,有了新體態,但母親無力為他添購新衣,因此衣服皺巴巴的,笨拙難看,穿起來不舒適。此外,它的一端有鉸鏈蓋,可讓光進入艙筒,看起來也十分笨拙,很像廚房垃圾桶打開的蓋子,似乎有人踩著凸出的腳踏板,因此蓋子一直開著。然而,它沒有腳踏板,卻有方形太陽能板。望遠鏡改變姿態和位置時,溫度會隨之改變,太陽能板便會跟著收攏或開展。
哈伯太空望遠鏡可能不漂亮,但建造它的兩家廠商及其客戶NASA都知道,這架望遠鏡功能極為強大。從許多方面而言,它是非常簡單的望遠鏡,有一個所謂的卡塞格林反射望遠鏡(Cassegrain reflector),業餘觀星者無人不知這個物件,還有一對彼此相對的鏡子:主鏡收集光線並將其反射到較小的次鏡,次鏡又會反射光線,光線穿過主鏡中央的一個孔洞,會照射到各種觀測設備(照相機、光譜儀﹝spectrometer﹞,以及各種波長的探測器,波長從紫外線到可見光光譜,再到近紅外線)。探測器置於電話亭大小的箱子,緊密排列於主鏡後方,收集的數據會以遙測訊號傳回地球。
卡塞格林反射望遠鏡運用一種特殊形狀的鏡子,稱為雙曲面反射器(hyperbolic reflector),專門用來降低兩種像差,亦即彗星軌跡般的像差(稱為彗形像差)和透鏡邊緣誤差(稱為球面像差)。哈伯太空望遠鏡五月進入太空之後(亦即「發現號」啟動煞車推進器,然後從軌道上跌落,以螺旋方式朝地球下降,讓望遠鏡獨自安靜地待在太空),似乎便具備強大的探索天文潛力,而科學家也早已充分考慮、預估且避免各種光學失真和像差情況。沒料到六週之後,一場夢魘降臨。這不同於「挑戰者號」遇到的夢魘,知道在寒冷天氣發射太空梭有風險的工程師可急忙取消飛行任務。哈伯看似一切正常,人人皆心滿意足,而且心存傲慢。
萬事起初正常。望遠鏡進入軌道三週之後,亦即五月二十日,所有人都認為它已經從佛羅里達海濱的熱度冷卻到跟新環境周邊同樣的溫度,任務管制中心(Mission Control)便發出訊號,打開連到鏡面的前方鉸鏈蓋。
哈伯即將運轉。來自一百萬顆恆星的第一道光線(這個時刻就是如此命名,稱為「第一道光線」﹝First Light﹞)開始湧入望遠鏡的艙筒。光線朝主鏡前進,然後來回反射,最終進入探測器成為數據。遠在地表巴爾的摩(Baltimore)約翰‧霍普金斯大學(Johns Hopkins University in Baltimore)太空望遠鏡科學研究所(Space Telescope Science Institute)的天象觀察者正焦急等待數據。訊號傳輸非常完美。數據如同預期串流而下。名叫埃里克‧克遜(Eric Chaisson)的天文學家檢視了傳來的圖像,霎時之間,(根據他所說的話)「整個人就像洩了氣的皮球」。
出現嚴重的錯誤。圖像都模糊不清。
當時,在三十哩外的NASA戈達德太空飛行中心(Goddard Space Flight Center),擔任哈伯計畫首席科學家的愛德華‧威勒(Edward Weiler)正因為任務初期進展順利而沉浸於歡樂之中。但隨後接到一通驚人的電話。巴爾的摩科學控制室的一位同事打了這通電話。那裡的科學家非常恐慌,無論如何嘗試改善問題都無效,他們告訴威勒,哈伯傳回的照片,每張都模糊不清(第一張例外,非常清晰,老天似乎在捉弄人)。
他們不敢對外張揚,花了幾天試著稍微移動次鏡微調圖像,希望從主鏡獲取一張清晰圖像。控制室的多數天文學家認為,哈伯拍攝的照片與地表望遠鏡獲取的圖像相比,品質相等,甚至更好。話雖如此,這些照片卻不如預期的好。其實,即便這也是謊話,這是天文學家一廂情願的想法。殘酷的是,沒有一張照片可以調到夠清晰而能使用。人人失望透頂。照片毫無價值,沒有用處。從各方面來看,這項任務突然一敗塗地。
哈伯升空兩個月之後,亦即一九九○年六月二十七日,NASA向全世界公布了這項壞消息。官僚們穿著西裝站成一排,哭喪著臉(胖嘟嘟的金髮威勒也同樣垂頭喪氣),面對一群記者發言。記者感到不可置信,各個忙著寫筆記,腦中出現太空殘骸的畫面。只要看過這個尷尬場面,任誰都會記憶深刻。排排站的官員指出,他們的報告一切屬實,有些人甚至連話都說不出口。哈伯主鏡有八呎的直徑,乃是當年最精密的光學鏡,邊緣似乎被磨得過於扁平。
主鏡稍微多磨平了一些,只有人類頭髮厚度的五十分之一,卻足以引起光學問題。失誤雖小,卻導致彗形像差和球面像差,使得觀測結果毫無價值。遙遠星系猶如棉花糖,厚實而無邊;恆星看似撲了一層粉妝;星雲就像會隨時變色的朵朵雲彩。哈伯拍攝的照片平凡無奇,好像俄亥俄州的某個人在煙霧瀰漫的後院用八吋望遠鏡對準天際看到的景象。如此說來,似乎不必讓美國和歐洲(這是歐洲太空總署﹝European Space Agency﹞和NASA共同推動的計畫)以及其他各國人士忙了二十年且花費將近二十億美元來打造哈伯。
新聞媒體狠毒無情。許多人認為,哈伯望遠鏡比銷售奇慘無比的福特「艾德索」車款好不到哪裡去,或許是由大近視眼的卡通人物脫線先生(Mr. Magoo)所設計。許多報紙漫畫家畫一顆顆檸檬(lemon,表示「廢物」)諷刺,還有人貼天電干擾(static)畫面,亦即電視播放結束之後螢幕出現的雪花,聲稱那是NASA發現的東西,諷刺哈伯觀測到的宇宙充滿毫無意義的雜訊。某位馬里蘭州參議員憤怒指出,NASA似乎忙著飼養「技術火雞」(technological turkey,turkey指「敗筆」,表示太空總署打造的儀器狀況百出)。這次出包沒有害死人,卻讓全國感到尷尬和蒙羞,某些政客幸災樂禍,將它與德國興登堡號飛船(Hindenburg)爆炸墜毀事故以及英國盧西塔尼亞號(Lusitania)於一戰期間被德軍潛艇擊沉慘劇相提並論。
國會議員掌握了NASA的預算,而某些極端的議員認為,這架有史以來造價最昂貴的民用衛星竟然會出錯(還有其他錯誤:太陽能板有缺點,整架望遠鏡因此抖振,無法順利執行更嚴謹的科學計畫),整個太空總署似乎前景堪慮。四年之前,太空總署笨拙無能,「挑戰者號」因此爆炸,如今又出了狀況。突然之間,NASA的兩萬五千名員工以及數以千計的承包商和供應商似乎面臨失業的風險。
所有過錯都得歸咎於一家公司,也就是當時的珀金埃爾默公司(Perkin-Elmer Corporation)。它的總部位於康乃狄克州的丹柏立(Danbury),在紐約市北部,距離為九十分鐘的車程。從一九六○年代末期,珀金埃爾默一直替高度機密的間諜衛星磨平鏡面和製造相機。這家公司經驗豐富,乃是「黑暗界」(替美國軍方研發武器的神祕機構)的要角。「黑暗界」在精密領域扮演的角色眾人皆知,但鮮少有人詳細討論。在丹柏立郊區的一座山丘上有一間無窗水泥建築,裡頭有拋光和磨平設備。多年以來,美國陸軍、海軍和各種偵察機構利用該公司磨平的透鏡,從高空窺探世界各地的森林、田野、基地和房舍,暗中竊取資訊卻無人知曉。
到了一九七五年,珀金埃爾默獲得一份價值七千萬美元的新合約,要塑造、磨平和拋光一面新的巨型望遠鏡主鏡,但該公司是故意低報價格才搶到合約。一九七八年秋天,康寧(Corning)的玻璃工廠交付一面巨大的空白玻璃盤。從一開始,噩兆便頻傳。一名品質控制檢查員曾經摔跤,幸好同事機警,捉住他的襯衫衣角,他才沒摔到玻璃上面。這面空白玻璃盤猶如光學「三明治」,三個組成部分卻出現嚴重錯誤:利用三千六百度熔爐來熔合的內部結構不結實,鏡面在拋光時可能會破裂。康寧員工被迫花了三個月,用酸液和牙科工具切開熔合部分。
康寧公司從未製造過這般具有挑戰性的玻璃。珀金埃爾默也未曾承擔這麼嚴苛的重責大任:根據NASA合約,這家公司必須磨平和拋光完成的熔融石英(fused-quartz)鏡面,過程中至少要移除兩百磅的材料,並且將巨大的玻璃塊形塑成精確凸面,表面要光滑至極,而以前從未取得這種成果或有這種要求。鏡面要光滑如綢緞,任何部位的偏差都不能超過百萬分之一吋。如果將鏡面比擬為大西洋,其上任何一點都不能高於海平面三到四吋。假使鏡面大小等同於美國國土,表面的山丘或山谷都不能高於或低於水平面二點五吋以上。
康寧剛交付玻璃塊時,珀金埃爾默的威爾頓(Wilton)工廠便開始粗磨。即便在這個階段,處理工序都一再延宕,尤其發生所謂的「茶杯事件」(teacup affair),亦即玻璃內部深處被發現有茶杯大小的網狀裂縫,必須用鑽子擴孔、切除與重新熔化,過程猶如動腦部手術。到了一九八○年五月,當時己經延宕了九個月,鏡面的基本樣貌終於成形。這塊巨大的玻璃體被小心翼翼地運到丹柏立之外的祕密設施,開始進行嚴格的拋光工序。
鏡子被仔細安置於一張有一百三十四個鈦釘的床板上,概略模擬哈伯望遠鏡最終將運作的無重力環境,一個由電腦控制的旋轉臂移到了鏡子上方。旋轉臂末端有一塊旋轉布,塗抹各種磨料(包括鑽石液﹝diamond slurry﹞、磨光用紅鐵粉﹝jeweler’s rouge﹞和二氧化鈰﹝cerium oxide﹞拋光粉),降到玻璃表面後開始拋光,拋光愈久,磨料愈少。透過電腦控制,旋轉臂穩定運轉,長達三天,日夜不停工作,移除雜粒、清洗和拋光玻璃表面,使其光滑無比。拋光者經常得接替輪班十小時。拋光三天之後,玻璃被送到測試室。然後,測試人員根據測量結果,對電腦輸入新的指令,以某種壓力來拋光某個區塊,以及使用哪種磨粉去拋光幾小時,接著用另一種壓力拋光另一塊區域,這時是使用迥異的磨料去拋光,時程或多或少類似。這道工序會花三天,然後重新測試,又再執行這道工序,一週又一週地反覆進行。測試通常在晚上進行,以便盡量減少白天卡車路經七號公路時引起的震動;基於同樣理由,管理人員會關掉空調。全公司的人都會非常謹慎,要留意最小的細節。
然而,他們偶爾會犯小錯。說得更準確一點,他們沒有正確指導機器,然後機器便根據指令,犯了微小的錯誤。昔日熟練的鏡面製造商會用拇指感覺鏡面是否平整,以此獲取某種程度的精密度,但這種日子早已一去不復返。人們如今使用機器測量鏡面是否平整。有一天,丹柏立的工程師犯了錯誤,沒對終端機輸入○‧一,而是輸入一‧○的數字,只能驚恐地看著研磨工具開始在玻璃表面磨出一道溝痕。幸運的是,有一位檢查技師站在旁邊,手拿一個「斷電」開關(Kill switch)。他注意到初期磨溝不對勁,便立即終止拋光工序。這個玻璃表面的小缺口從未完全消失。它雖被磨平,卻依舊遺留痕跡,不過天文學家可以解決這個問題。
致命的錯誤就發生在這間測試室,而且這個錯誤並非微不足道。鏡面雖然被磨得極為平滑,亦即表面精密度極高,但測量方式卻錯到離譜。丹柏立的工程師使用了出錯的測量工具:他們使用一種儀器,這種儀器很像標尺,使用它的人都認為它正好長一呎,其實它的長度是十三吋,但沒有人發現。工程師不知道這點,只顧忙著測量,然後製造完美卻完全錯誤的東西。他們在「精密」製造「不精密」的望遠鏡鏡面。

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