Longitude
1995年刊
Dava Sobel著
著者の経歴
デーヴァ・ソベル（1947年生）は、ニューヨーク市生まれの科学ジャーナリスト、ノンフィクション作家である。ニューヨーク州立大学を卒業し、新聞記者として活動を始め、ニューヨーク・タイムズなどで科学、天文学、医学に関する記事を執筆した。1995年に刊行した本書が世界的なベストセラーとなり、科学史を一般読者に伝える作家として高い評価を得た。
本書の内容
1.経度問題とは何か
本書の出発点は、かつて船乗りたちが直面していた、極めて深刻な問題である。船舶が大洋を航行するためには、自分が地球上のどこにいるのかを知る必要がある。その位置は、緯度と経度によって表される。緯度は赤道から南北にどれだけ離れているかを示すものであり、太陽や北極星などの高度を観測することで、比較的容易に推定できた。しかし、経度は基準となる子午線から東西にどれだけ離れているかを示すものであり、海上で正確に測定することが極めて難しかった。経度が分からなければ、船は自分が東西方向のどこにいるのかを正確に把握できない。そのため、目的地を通り過ぎたり、予想外の場所で陸地に接近したりする危険があった。大航海時代以降、欧州諸国は世界各地へ航路を広げたが、経度の測定は長く未解決の問題として残された。ポルトガル、スペイン、オランダ、英国などの海洋国家にとって、経度を正確に測定する技術の獲得は、国家の繁栄と海軍力を左右する重要な課題であった。
2.経度と時刻の関係
経度を測定するための最も重要な原理は、地球の自転と時刻の関係にある。地球は約24時間で360度回転する。したがって、地球は1時間に15度回転することになる。ある地点と基準地点との時刻の差が分かれば、その地点の経度の差を計算できる。1秒の時刻誤差は経度15秒角に相当する。この原理は比較的早くから知られていた。しかし、実際の航海で利用するためには、基準地点の時刻を長期間にわたって正確に保持する必要があった。海上では船が揺れ、気温や湿度が変化し、機械に衝撃が加わる。当時の時計は、こうした環境では正確に動き続けることが難しかった。経度問題の本質は、海上で基準地点の時刻を正確に知る方法を発見することにあった。
3．経度が分からないことによる海難事故
経度を正確に測定できないことは、単に航海が不便になるという問題ではなかった。それは、多数の船舶と人命を失う原因となっていた。本書で重要な事例として取り上げられるのが、1707年のシリー諸島沖の海難事故である。英国海軍の艦隊が帰国する途中、航海位置の判断を誤り、シリー諸島付近の岩礁に衝突した。この事故では4隻の軍艦が失われ、約2000人と推定される人々が死亡した。当時の航海では、船の速度、進行方向、航行時間などから位置を推定する推測航法が広く利用されていた。しかし、海流や風の影響によって、推定位置と実際の位置の間に大きな誤差が生じる。経度を正確に測定する方法がなければ、その誤差を十分に修正できなかった。こうした事故は、英国政府に経度問題の解決を急がせる重要な背景となった。
4.ガリレオの挑戦
経度問題の解決に挑んだ科学者の一人が、イタリアのガリレイである。ガリレオは1610年、望遠鏡によって木星の主要な衛星を発見した。彼は、これらの衛星が木星の周囲を周期的に公転することに注目した。衛星が木星の影に入る時刻などを予測できれば、その現象を一種の天体時計として利用できる。観測地点で現象が起きた時刻と、基準地点で予測された時刻を比較すれば、経度を計算できる。この方法は、原理的には優れていた。実際、木星の衛星を利用した経度測定は、後に陸上での地図作成などに利用された。しかし、海上での実用には大きな問題があった。揺れる船の上で望遠鏡を正確に木星へ向け、衛星の動きを観測することは極めて困難だった。ガリレオの方法は、天文学的には有望であったが、一般的な航海で使える実用技術にはならなかった。
5.月を時計にする
ガリレオの方法以外にも、多くの科学者が天文学による経度測定を研究した。特に重要だったのが、月と恒星の位置関係を利用する方法である。月は地球の周囲を公転しているため、背景の恒星に対する位置が時間とともに変化する。この変化を正確に予測できれば、月と恒星との角距離を測定することによって、基準地点の時刻を推定できる。この方法は月距法と呼ばれる。ニュートンやハレーなどの科学者も、天体観測と航海技術の問題に関心を持っていた。しかし、月の運動は複雑であり、正確な予測には高度な数学と精密な天文観測が必要であった。また、海上で月と恒星の角距離を正確に測定することも容易ではなかった。18世紀には天文学と観測器具が進歩し、月距法は実用的な航海技術として発展していった。しかし、計算には時間と知識が必要であり、天候によって観測できない場合もあった。
6.1714年の経度法
1714年、英国議会は経度問題を解決するため、経度法を制定した。この法律では、海上で経度を一定の精度で測定できる方法を発見した人物に対し、巨額の賞金を与えることが定められた。最高賞金は2万ポンドであり、当時としては極めて大きな金額であった。賞金は測定精度に応じて設定され、経度の誤差を30分角以内に抑える方法には最高額が用意された。これは赤道上で約56キロメートルの位置誤差に相当する。英国政府は、科学者、発明家、時計職人など、幅広い人々に問題解決を促そうとした。また、提案された方法を審査するため、経度委員会が設けられた。この制度は、国家が科学技術上の課題を明確に設定し、その解決に対して報酬を与える仕組として注目される。しかし、賞金制度は新たな問題も生み出した。誰の発明が条件を満たしたのか、どの程度の精度を実現したのか、誰がその成果を認定するのかという問題である。後にハリソンは、技術開発だけでなく、この審査制度とも長く闘うことになる。
7.独学の時計職人
ジョン・ハリソン（1693-1776年）は、英国ヨークシャー地方に生まれた時計職人である。彼は大学で数学や天文学を学んだ専門科学者ではなかった。若いころから機械や時計の仕組に強い関心を持ち、独学で時計製作の技術を身に付けた。当時の時計は、温度変化、摩擦、潤滑油の劣化などによって精度が変化するという問題を抱えていた。ハリソンは、こうした問題を解決するため、独自の機械的な工夫を重ねた。例えば、木材の特性を利用して摩擦を減らしたり、温度変化による振り子の長さの変化を補正する仕組を考案したりした。彼の時計は、当時としては非常に高い精度を実現した。ハリソンは、この技術を海上で利用すれば、経度問題を解決できると考えた。彼の発想は、天体の動きを観測するのではなく、正確な時計を船に持ち込むというものであった。この考え方は単純に見えるが、当時の技術水準では極めて困難な挑戦であった。
8.H1の開発
ハリソンは、海上で正確に時刻を測定するための時計の開発を始めた。その最初の本格的な成果が、後にH1と呼ばれる海上時計である。H1は1735年ごろに完成した。この時計は、通常の振り子時計とは大きく異なる構造を持っていた。船が揺れても時計の動作が大きく乱れないよう、特殊な振動機構が採用されていた。また、温度変化による誤差を減らすための工夫も施されていた。H1は非常に複雑で、大型の機械であった。しかし、当時の時計技術から見れば、画期的な発明であった。1736年、H1はポルトガルのリスボンへの航海で試験された。その結果、一定の有効性が確認され、ハリソンの研究は経度委員会から支援を受けるようになった。しかし、H1はまだ完成された解決策ではなかった。ハリソン自身も、更に改良すべき点があると考えていた。彼は、賞金を獲得することよりも、より正確な時計を完成させることに強い関心を持っていた。
9.H2とH3
H1の成功後、ハリソンは更に高精度の海上時計を開発するため、H2の製作に取り組んだ。H2はH1を改良したものであり、より安定した動作を目指して設計された。しかし、ハリソンは機構上の問題を発見し、実用試験へ進めることを断念した。その後、彼はH3の開発に取り組んだ。H3の製作には、約19年という長い年月が費やされた。この時計には、温度変化を補正するためのバイメタル機構など、重要な技術的工夫が取り入れられた。しかし、H3もハリソンが求める精度には達しなかった。彼は、自分の設計に満足できず、何度も改良を繰り返した。この過程は、発明が単なるひらめきによって完成するものではないことを示している。優れた発想があっても、それを実用的な技術にするためには、長期間の試行錯誤が必要である。ハリソンは、時計の精度を高めるために、人生の多くの時間を費やした。
10.H4の誕生
ハリソンの研究における最大の転換点は、H4の完成である。H4は1759年に完成した。それまでのH1、H2、H3は比較的大型の機械であったが、H4は大型の懐中時計に近い形状を持つ小型の時計であった。ハリソンは、時計の構造を根本的に見直すことで、海上でも高い精度を維持できる仕組を実現した。H4は、精密な振動機構と温度補正などの技術を組み合わせた、当時としては非常に高度な時計であった。1761年、H4はハリソンの息子ウィリアムによって西インド諸島のジャマイカへの航海に持ち込まれた。この航海では、H4が極めて高い精度を示した。長期間の航海にもかかわらず、時計の誤差は非常に小さく、経度の測定に実用的な精度を持つことが確認された。ハリソンは、長年追求してきた目標を遂に達成したのである。しかし、ここから新たな問題が始まった。技術的な成功が、直ちに経度委員会による正式な評価と賞金の支払いにつながった訳ではなかった。
11.時計と天文学の競争
ハリソンの発明が成功すると、経度委員会との関係は次第に難しくなった。当時の科学界では、月距法などの天文学的方法が有力な解決策と考えられていた。特に、天文学者マスケリンは、月距法の発展に大きく貢献した人物であった。マスケリンは、後に英国王室天文官となり、経度委員会にも関与した。ハリソンは、委員会が自分の時計を正当に評価していないと感じるようになった。一方、委員会側は、時計が長期間にわたり安定した精度を維持できるか、同じ性能の時計を再製作できるかなどを確認する必要があると考えていた。この対立には、科学的な評価、制度上の手続き、個人的な不信感などが複雑に絡んでいた。ソベルは、ハリソンの立場に強い共感を示し、彼が科学界の権威と闘う姿を描いている。
12.賞金を巡る闘争
H4が高い精度を示したにもかかわらず、ハリソンは経度法で定められた最高賞金を直ちに受け取ることができなかった。委員会は、時計の構造を公開することや、再現性を確認することなど、追加の条件を求めた。ハリソンは、自分が長年の努力によって完成させた発明を、正当に評価してもらえないことに強い不満を抱いた。彼は、委員会との交渉を続ける一方、英国王室にも支援を求めた。ジョージ3世は、ハリソンの発明に関心を示し、時計の試験にも協力した。最終的に、1773年、英国議会はハリソンに8750ポンドを支払うことを決定した。この時、ハリソンは既に80歳であった。彼は長年にわたって経度問題の解決に取り組み、その技術的な成果は高く評価されるようになっていた。しかし、1714年の経度法に基づく最高賞金2万ポンドが、そのまま正式に授与された訳ではなかった。ハリソンは研究期間中に複数回の支払いを受け、最終的には多額の資金を得たが、賞金の認定を巡る争いは彼の晩年まで続いた。
13.世界の航海を変えた発明
ハリソンの発明は、海上で正確な時刻を保持することが可能であると証明した。しかし、H4は非常に精密で高価な時計であり、そのまま大量生産することは容易ではなかった。その後、ケンドール、アーノルド、アーンショーなどの時計職人が、海上時計の改良と実用化を進めた。こうした技術の発展によって、船舶は長期間の航海でも基準地点の時刻を比較的正確に保持できるようになった。船上で現地時刻を求め、それを海上時計の時刻と比較すれば、経度を計算できる。これにより、航海士は自分の位置を以前より正確に把握できるようになった。海上時計の普及は、商船、海軍、探検船などの航海の安全性と効率を大きく向上させた。また、海図の精度向上や海洋調査にも重要な役割を果たした。
14.精密技術が文明を変える
地球は24時間で360度回転するため、時刻の誤差が1秒あれば、経度には15秒角の誤差が生じる。これは赤道上では約463メートルに相当する。したがって、時計の誤差が数分に達すると、船の位置には数十キロメートルの誤差が生じる。海岸や岩礁の近くでは、こうした誤差が重大な事故につながる。ハリソンは、時計の精度を高めることで、航海位置の不確実性を減らそうとした。そのために必要だったのは、機械の摩擦、温度変化、振動、材料の変形など、極めて細かな技術的問題を解決することであった。この点に、精密技術の重要性がある。大きな社会的課題を解決するためには、時に、ごく小さな誤差を減らす地道な技術革新が必要となる。海上時計の発明は、精密な測定技術が世界の交通、貿易、軍事、地理学を変える力を持つことを示した。
15.科学と技術の関係
本書が示している重要な問題の一つは、科学と技術の関係である。経度問題に取り組んだ科学者たちは、天文学や数学を利用して解決策を探した。一方、ハリソンは、時計という機械の精度を高めることで問題を解決しようとした。両者は異なる方法を採用していたが、目指していたのは同じ目的であった。科学は自然界の法則を理解し、現象を予測するための知識を提供する。技術は、その知識や経験を利用して、現実の問題を解決するための仕組をつくる。しかし、実際の技術革新では、理論的な知識だけでなく、材料、加工、設計、改良などの経験が重要となる。ハリソンは、大学で高度な数学を学んだ科学者ではなかったが、時計製作に関する優れた実践的知識を持っていた。その知識によって、当時の著名な科学者たちが解決できなかった問題に実用的な答えを与えた。本書は、科学的な理論と職人の技術を対立するものとしてではなく、異なる方法によって問題解決に貢献するものとして捉えることの重要性を示している。
本書が言いたかったこと
科学技術の進歩が必ずしも著名な科学者や大規模な研究機関によって生まれる訳ではなく、独創的な発想を持つ個人の執念によって実現することもある。大航海時代から長く未解決だった経度測定の問題に対し、科学界は天文学による解決を追求した。しかし、独学の時計職人ジョン・ハリソンは、海上でも正確に動く時計をつくるという異なる方法を選び、約40年の試行錯誤の末に実用的な解決策を示した。彼の成功は、優れた理論だけでなく、材料、機械、加工技術に関する実践的な知識が大きな発明を生むことを証明した。一方、完成した発明が社会に認められるまでには、権威や制度との長い対立があった。革新を生むためには既存の常識にとらわれない発想と、それを実現するまで諦めない努力が必要であり、社会の側にも新しい技術を公正に評価し、受け入れる仕組が求められる。