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现在，惠更斯正在沿着最初由生于弗里斯兰省的同胞——天文学家杰玛·弗里西斯（Gemma Frisius）提出的思路来寻求解决方案。1530年，弗里西斯意识到，经度可以通过精确的计时来确定，至少在理论上这是可行的。假设一艘船上有一个时钟，从母港起航时进行了精确的校准，此后一直按照母港时间运行。通过把母港时间带到海上，航海家可以在到达地的正午时刻（即太阳升到最高点的时候）参考时钟的时间来确定经度。由于地球需要24小时才能完成360度的自转，因此到达地时间与母港时间每一小时的时差便对应经度的15度。在距离上，赤道上的15度便是1 609公里，所以为了使这一策略切实可行，钟表的精确度必须达到1天中只有几秒的误差。人们面临的挑战便是设计一个稳定的机械钟表，必须能够克服船只在波涛汹涌的海面上起伏颠簸，也必须能够克服不断变化的湿度、压力和温度的影响，因为这些环境变化会使钟表的齿轮生锈、弹簧拉长、润滑油变厚，导致钟表过快、过慢或是停止。
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16～17世纪初的钟表都是非常不精准的，当时最优秀的钟表在理想条件下一天也要差上15分钟。然而，惠更斯的新摆钟可以比之前的精准100倍。经度问题的解决方案似乎可以垂手而得。1664年，在与伦敦皇家学会以及一名船长共同合作展开的一次海上实验中，惠更斯特制的两座航海时钟航行到了非洲西海岸以外的佛得角群岛，成功地测量出了沿途各处的经度。双时钟的设计提供了有益的冗余；如果一个时钟停止或需要清洁，另一个仍然可以保持准确的时间。但后来的测试显示时钟并不可靠。它们在良好天气条件下表现尚可，但在风大浪急的海面上，钟摆的摆动就会受到干扰。
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在此期间，惠更斯留在了海牙，通过莫里爵士与伦敦皇家学会通信，二人都在询问正在进行的海上实验的结果，并报告自己对于完善时钟设计的最新尝试。大约就在这时，1665年2月下旬平常的一天，意外发生了。在一封写给父亲的信中，惠更斯写道：
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我不得不在自己的房间里待了好几天，忙着观察我新做的两个时钟。我注意到了一个绝妙的现象，之前从未有人提及。把两个摆钟挂在一起，中间只隔30～60厘米，它们就会精确地保持一致，进而毫无变化地一起振荡。欣赏了一会儿后我终于明白，这种现象是通过某种同步发生的：把两个钟摆的摆动节奏搞乱，不出半小时，它们总是会趋于一致，并一直保持下去，直到我让它们停下来。然后我将它们分开，一个挂在房间的一端，另一个挂在4.5米开外，在一天之中，它们之间有了5秒的误差。因此，它们先前的一致在我看来是由钟摆运动造成的空气轻微扰动引起的。钟表总是被关在盒子里，每个都有将近45千克重。当二者一致的时候，钟摆并不是平行振荡，而是以相反的方向彼此接近和分离。
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1665年2月24日，在一封写给朋友德斯吕塞（R.F. De Sluse）的信中，惠更斯用“不可思议”描述了这种同步现象。2月27日，他匆匆将这封信交给莫里，让莫里向皇家学会传达这一观察结果。
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在接下来的一周中，惠更斯进行了一系列实验来探索引发这种同步的原因。他把两个时钟挂在同一根木梁上的两个钩子上，结果发现，当他把两个时钟转到彼此相差90度的时候，或是分开1.8米以上的时候，两者间的同步就消失了。而当他在二者之间放置一块大木板，阻断空气流通时，同步仍然存在。这证明了惠更斯先前的猜测是错误的：两个时钟完全没有通过空气通信。
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后来，惠更斯怀疑，时钟可能会通过它们的共同支撑物的微小摆动相互作用。为了研究这种可能性，他试图将两个时钟挂在分隔开的木梁上，两根木梁搭在了两把背靠背放置的椅子背上。同样，钟摆仍然会保持同步。它们的钟摆分开又合拢，像鼓掌的双手。在同一时刻，一个钟表发“嘀”的声音，另一个就发“嗒”的声音。随后，惠更斯扰乱了它们的同步，观察会发生什么事情。实验结果一定吓坏了惠更斯，因为椅子开始摇晃起来。钟摆一致的时候，椅子是静止不动的，但现在它们开始颤动，在地板上发出“咔哒”声。椅子持续摇晃了半个小时，直到时钟又恢复同步后才平静下来。
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惠更斯有了自己的答案。尽管每个时钟都被放置在36～40千克重的铅制盒子内，但钟摆的摆动使盒子产生了轻微的运动，从而使得木梁发生颤动，木梁又使得椅子发生颤动。当两个时钟同步的时候，即它们的钟摆刚好彼此朝相反方向摆动的时候，此时大小相等、方向相反的力作用在木梁上，二者相互抵消，椅子得以保持静止。反之，当惠更斯扰乱同步的时候，两个方向上相反的力不再保持平衡。二者合力中的一部分拖拽着木梁来回移动，椅子随之发生颤动。正如惠更斯所言，“同步一旦实现，椅子就不会再移动，只是在阻止时钟脱离‘同步状态’，因为钟摆一旦要脱离同步，椅子微小的移动便会使它们恢复到先前的位置”。用现代术语讲，惠更斯发现了通过负反馈实现稳定的现象。
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伦敦皇家学会对惠更斯的解释感到失望，不是因为他们认为惠更斯的解释是错误的，而是担心他是正确的。在该学会1665年3月8日的会议记录中写到，“某些成员怀疑这些钟表在海上运行的精确性，理由是，如此轻微、几乎无法察觉的运动会引起钟表运行的改变”。换句话讲，惠更斯自己给出的理由暗示：他的钟摆是极其灵敏的，但又因为过于灵敏以至于无法解决经度问题。
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钟表的同步，在短短几周前还显得如此神奇，现在却让惠更斯陷入了麻烦。于是，他不再进行研究，也不再设法解决经度问题。经度问题的解决方案不得不又等了几百年。到了18世纪中期，有一个没接受过正规教育的英国人叫约翰·哈里森（John Harrison），他发明了一系列由各种金属零件制成的航海时钟，它能够克服金属零件的生锈问题，并且巧妙地补偿了不同温度下零件彼此之间的伸缩。他将自己制作的第四个航海时钟命名为“H-4”，该时钟装饰有由钻石和红宝石制作的零件，这使它几乎能够无摩擦地运行。“H-4”只有1.4千克重，直径为12.7厘米，刚好可以放进衣袋。在18世纪60年代进行海上测试的时候，该时钟测量经度时的准确性达到了16公里，这足以使哈里森赢得英国议会的两万英镑奖金，这相当于今天的数百万美元。
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虽然经度问题已成为历史，但时钟一致问题却日渐成为科学研究的中心议题。昔日的天才惠更斯（牛顿曾称他为“德高望重的惠更斯”）也无法领会宇宙在他房间里透露的全部秘密。作为300余年后的后知之明，我们现在知道了这些现象背后的含义。惠更斯发现了一种自然万物中无处不在的驱动器，他发现了无生命的同步。
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我们能够一起唱歌跳舞、齐步行进、齐声鼓掌，我们认为这些都是理所当然的。同步是我们的第二天性。但正因为它来得如此容易，所以我们对它的实际需求的了解却很少。它似乎至少需要低水平的智能、调整行动时间的能力以及预料他人行动的能力。这就是为什么关于成千上万的萤火虫一齐闪光的报道多年来引起了广泛质疑，以及为什么蟋蟀的合唱、雄性招潮蟹的引诱策略（对着雌蟹一齐挥舞巨大的蟹螯）让我们印象深刻的原因。
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这些有生命体的同步伟业总是可以归因于进化的奇迹，归因于数百万年的自然选择的魔法。正是在这种情况下，我们可以清晰地看到惠更斯意外发现之中的震惊之处。
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惠更斯的摆钟没有生命。无意识、无生命的事物也可以自发同步。
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时钟的同步告诉我们，同步的能力不依赖于智能、生命及自然选择。它源于最深刻的万物之源：数学和物理定律。
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这个洞见催生了同步科学的大繁荣。例如，如果没有同步，我们就不会有激光眼科手术、CD播放器、超市结账扫描仪以及我们身边其他需要激光的物品。激光高强度、高相干性、针尖一般的光束是数以万亿计的原子同步发射光波的结果。这些原子与普通灯泡中的原子没有区别，关键在于它们的配合方式。与不同颜色和不同相位的普通光不同，激光只有一种颜色和相位，就像一支合唱团正在演唱同一个音符。激光可以达到极高的强度（尽管不必如此）；可以在狭窄的光束中前进；可以聚焦在一个微小的点上。与之相反，普通光只能以高昂的能量成本为代价达到极高的强度；四散传播，并迅速衰减；很难汇聚。激光所有的优点使得它易于控制和操作。例如，激光手术可以让能量聚集到一点，它比所有外科手术刀都更小巧，因此可以接触到其他手段难以接近的病变组织。此外，激光手术失血量更小，因为可以瞬间凝血；激光在切割的同时还可以对创口进行烧灼消毒。
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在激光发明后的很多年里，没人知道该用它做什么。有些人开玩笑将激光的用途描述为一个正在寻找的答案。然而，这个基础研究的新生儿诞生于人类对光波同步的纯粹好奇，如今已成为我们这个时代最通用的设备之一，它的应用没有人可以预见。在庆祝激光诞生40年的聚会上，1981年诺贝尔物理学奖的共同获得者阿瑟·肖洛（Arthur Schawlow）(9)回忆道：
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我们认为它可能有一些通信和科学用途，却并不知道可以应用到哪里。如果有，也一定是受到了阻碍，没能成功实现……可以用于医疗是很好的。你们中的一些人可能听到我以前说过：虽然报纸上有很多关于死亡射线的谈话，但据我所知，还没有任何真正的死亡射线。激光的首个应用是视网膜手术，预防视网膜脱落导致的失明。我和汤斯都未听说过不用激光进行的视网膜手术，如果有的话，那么我们也许就不会下功夫研究原子受激发射了。
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“原子受激发射”是激光的工作原理。但我有点儿不好意思承认，我已经对自己解释了十几次，但这些解释似乎都没能产生作用。所有关于原子激发和粒子数反转的言论都是耳边风，是徘徊了几秒钟的模糊认识，随后便一扫而过。我一直希望找到一个对我来说有意义的简单比喻，使我能够更简单地想象和记忆，现在我认为自己终于想出了一个比喻，但这个比喻相当疯狂。如果你对激光有所了解，或并不在乎激光的工作原理，那么可以直接跳到下一节。
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试想一下，你早上醒来，发现自己在一个陌生的星球上，除了一个西瓜和一个凳子外空无一物。你很好奇凳子是干什么用的，你猜了猜，把西瓜放了上去。西瓜不可思议地颤动起来，在凳子上躁动不安。它几乎立即滚了下来，坠落到地面上。在落地的瞬间，西瓜会喷射出一粒种子，像子弹一样朝任意方向飞出。
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到目前为止，我所描述的是普通光产生方式的一种比喻。例如，你打开烤箱，看到线圈发出明亮的红光。其中发生的事情是，电流流过线圈，将它加热。热量将线圈中的原子提升到了更高的能量水平，这就是把西瓜放在凳子上所象征的意义。在很短的时间里，每个被加热的原子自发地回落到其最低能量水平，即它的“基态”，并发射一个光子（光的粒子）来释放多余的能量，这个过程被称为“自发辐射”。这就像是躁动不安的西瓜滚下凳子，射出一粒种子。因此，热线圈发红光是因为它的激发态原子自发辐射出了大量红色光子。
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随着你继续探索这个星球，你很快就会来到广阔领域的边缘，成千上万的西瓜躺在地上，每个西瓜旁边都放着凳子。这引发了一种有趣的可能性猜测：如果一发种子子弹击中了另一个西瓜会发生什么情况？让我们开始行动，举起一个西瓜，放在凳子上。它迅速掉落，并朝随机方向发射一粒种子，种子碰巧击中了地上的另一个西瓜。被击中的西瓜一下跳上了自己的凳子，随后开始在凳子上颤动，不久后又掉下来发射了自己的种子，方向也是随机的。这是一个惊人的景象，一粒种子触发另一个西瓜跳上凳子，然后落下来……通过举起最初的西瓜，你无意间开启了一个连锁反应，反应很弱、不会爆发：它的规模始终保持在一粒种子飞在空中的状态。如果有一粒种子没能击中西瓜，飞到了其他地方，这个过程便会完全停止。
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这个连锁反应很有趣，但它并不是对于激光的比喻。它无法使光增强，无法增加空中的光子数量。还有一个物理图景我们尚未考虑：如果一粒种子击中的不是静静躺在地上的西瓜，而是击中了一个在凳子上摇摇欲坠的西瓜会怎样？为了找寻问题的答案，我们可以同时把很多西瓜举起来放到凳子上，在它们中的任何一个掉落之前迅速跑开，然后站在一旁观看。终于，有一个西瓜掉落，发射了一粒种子，击中了另一个摇摇欲坠的西瓜。（这种概率很高，因为我们之前把很多西瓜放到了凳子上。）接下来发生的事情令人惊讶，射入的种子并没被吸收，而是直接射穿了西瓜，它的飞行路径也没有发生改变；更不可思议的是，现在它在和另一粒与它完全相同的种子一起运动，二者步调一致。就如同先前射入的种子已经被克隆一般，之前是有一粒种子在朝那个方向飞行，而现在有两粒。
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这就是激光背后的关键过程，被称为“受激发射”，你可以看到，它提供了一种增加沿着特定路线飞行的光子数的方法。每一次，一个光子撞击一个被激发的原子，光子就会进行自我复制，放大该方向上的光量，这正是激光的英文LASER首字母缩写代表的含义：受激辐射光放大（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）。辐射是被激发的，而不是自发的，因为射入的光子引发了激发态的原子射出新的光子。
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