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玻璃能让人看清远处物体的功能，是在以航海业为主的荷兰小城米德尔堡被偶然发现的。1608年时，配镜师汉斯·利珀斯海开始制作可用的望远镜。拿着他的望远镜，人们吃惊地发现自己可以清清楚楚地看到一个站在3公里之外的人。后来，虽然望远镜没传过去，但它的原理却传到了正在意大利北部的帕多瓦教数学的伽利略·伽利莱那里。他制造出自己的望远镜，并将其命名为“间谍镜”。通过这个“间谍镜”，他惊喜地发现物体被放大了3倍。进一步打磨镜片后，他又把放大倍率提高到了8倍，接着又增加到32倍。在附近的威尼斯城，商人和船主拿着望远镜来到塔顶上远眺大海，结果激动地看到了肉眼根本看不到远方船只。
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哥伦布和麦哲伦在纵横四海时绘制出了世界地图，而伽利略改进后的望远镜，则完成了绘制天空图的壮举。通过他的望远镜——多数都由威尼斯玻璃制成——伽利略探测了月球，并将之描述为“最绚丽、美好的奇观”。他还发现了之前从未有人见过的东西——月球的陨石坑和粗糙的表面，而且他也是第一个观测到太阳黑子的人，并且发现天上的银河实际上全由星星组成。
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此外，伽利略还得出了同哥白尼的发现一样的结论：地球不是宇宙的中心，其他天体也不围着地球转。这一洞见具有意义深远的影响，因为它牵涉了《旧约》中的某些段落，而且《旧约》本身还被伽利略斥责为无知者为无知者写的东西。因此，在1616年时，教会对他下达了禁令。但伽利略仍然力挺他的理论，结果招致了更加严重的惩罚——被判软禁后，他在自己位于佛罗伦萨的小农场上度过了生命的最后八年。
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在望远镜的基础上，荷兰和意大利的玻璃工制造出了显微镜。荷兰小城代尔夫特的衣料和成衣商人安东·凡·列文虎克成了显微镜制造大师。借着至少270倍的放大率，他的显微镜看到了肉眼从未见过的广阔世界。1677年，他首次描述了精子。此外，他对红细胞的描述也极为精准。显微镜让列文虎克戳破了众多广为流传的谜团：比如跳蚤是沙子里蹦出来的，或者鳗鱼是由露水孵出来的，等等。与此同时，英国的罗伯特·胡克在显微镜下观察植物组织时，还创造出一个重要的词汇：细胞。不过，当时的人们并没有意识到，所有动植物都是由细胞构成的。
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显微镜拓展了植物学和动物学的视野。当时，对新地区的探索使得已知动植物的数量出现成倍增长，瑞典植物学家和医师卡尔·冯·林奈对他的动植物双名命名法进行了完善——很快也成了全球通用的方法——这种方法使用两个拉丁文名字，一个名字限定的是宽泛的属，另一个再具体到特定的种。
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林奈为植物进行了分类，而阿尔卑斯山南边的科学家则完成了时间的分类。历法的改革是个龟速发展的过程。在罗马的全盛时期，尤利乌斯·恺撒和他的顾问们曾对历法做过改革，放弃阴历，改用太阳年。太阳年一年有365天5小时48分45秒，但是这些多出来的小时给新历法带来了麻烦。尤利乌斯·恺撒选择了一个更为合理的妥协。为了方便起见，他的历法，也就是后来所称的儒略历，将太阳完成一次回归的时间定为365天6小时。这样，第一、二、三年每年为365天，第四年为闰年，共366天。
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恺撒去世很久之后，儒略历的缺陷变得越来越明显。尴尬的问题就在于，每过一个世纪，他的历法就会延迟一点。事实上，儒略历每年会比实际上的太阳年少11分钟，在其确立的第一个千年内，总共少了7天。而且，它还妨碍了复活节星期天的确定——这个日子在恺撒时代还没有，但后来却变得十分重要。
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最终在1582年时，教皇格里高利十三世做出了一个果断的决定。利用那不勒斯天文学家和医学家阿洛伊修斯·里利乌斯[1]的算法，教皇宣布了他的解决方案：把当年10月5号到14号这10天从新历法中减掉。简而言之，鹅毛笔一挥就把日历变成最新的了。未来的误差也以同样的决断进行处理。作为一种长期的矫正方案，新的格里历确定了1600年和2000年为闰年，中间的1700年、1800年和1900年则不闰。
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那些生活在西班牙、葡萄牙和意大利的人，在1582年10月过去很久之后，仍然在讨论这个令人印象深刻的月份。因为他们对生活里突然少了10天感到大惑不解。几个月后，法国和德国地区的其他天主教城邦也少了10天。但是，新教国家不太确定它们要不要遵循由教皇发起的这项改革。英国仍旧遵循着不同的历法，而天主教的法国和西班牙已经普遍使用新历。结果，在英国庆祝圣诞节的时候，英吉利海峡的另一边已经是第二年1月了。在德国，就连两个相距只有几公里的小镇使用的历法都有可能不同，因为这取决于它们信仰的是路德宗还是天主教。
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后来当英国最终采用新历法后，不得不把11天还没过的日期从中删掉，所以1752年时，这个国家一夜之间从9月2日来到了9月14日。这一改变给很多地区带来混乱，也令一些地区感到惊慌失措。在伦敦，一帮困惑的人大声呼喊着口号：“把我们的11天还给我们！”他们的情绪是可以理解的。俄国和其他几个东正教国家仍然遵循着旧历，直到1917年的十月革命之后，才采用了教皇和意大利在三个多世纪前已经开始推行的格里历。
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现存度量衡体系的不同和混乱，同样加快了新的计算和测量方式的探索。比如，每当某个旅者越过边界，从一个欧洲国家进入另一个时，1里地该怎么算，就成了争论与怀疑的话题。英国的1里地大概相当于现在的1.6公里，意大利的1里地差不多是3公里，爱尔兰的则是4.5公里，德国的又成了12公里，而瑞典的更长，超过了15公里。
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冷热的测量上在当时倒是更精确一些，不过也有分歧。1714年，加布里埃尔·华伦海特——他是波罗的海沿岸的居民，后来成为荷兰的一名工匠——发明了水银温度计。按照他的温标，沸点被定为212度，但是几十年之后，瑞典天文学家安德斯·摄尔修斯发明了新的温标，把沸点定为100度。这类分歧后来又严重了一些，因为1799年时，正在经历革命的法国引入了逻辑简单但名称冗长的度量衡单位——公制。
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寻找金星
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詹姆斯·库克到印度洋和太平洋的第一次探险之旅，受到了科学需求的驱使。当时的科学家曾信心满满地预言，1769年6月3日，金星将会短暂地从太阳表面移过，也就是所谓的“金星凌日”。这个千载难逢的机会，可以让科学家计算出太阳与地球间的精确距离，而且如果计算正确的话，也能为天文学家提供关键的信息，或者方便船只在海上确定准确的方位。但问题在于，凌日这天，欧洲的天空有可能阴云密布，导致错失观测机会。此外，下一次凌日要等到1874年才会发生的事实，也让要抓住机会观测金星的决定变得迫切起来。
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英国认为，观测金星凌日的最佳地点应该是新发现的塔希提岛，因为根据乐观的估计，这里天空一般都很晴朗。前往太平洋深处塔希提岛的冒险之旅，不但经过了精心的规划，而且可能还是当时世界上最大胆的科学探险活动，堪比20世纪60年代月球探索的小型预演。这场远征探险的小团队均由科学家组成，因而可能比以往任何集结的同类团队都更有才华。此外，库克的“奋进”号上还配备了当时最精密的望远镜和机械钟——科学，是这艘船上的头等舱旅客。
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“奋进”号适时到达塔西提岛后，科学家们搭建起一个可移动的观测台，还清理、组装好了科学仪器，可是到了进行观测的大日子当天，太阳却被一层雾霾挡住，使得所有的一切全没了用武之地。
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接着，库克又按照指示，开始寻找一片辽阔的南部大陆。当时的人们相信，在浩瀚的太平洋中的某处，一定潜藏着这样一块大陆，因为长久以来的一个普遍信条是，恒久旋转的地球要想保持平衡，南半球也应该有一大块与北半球面积相当的大陆。这块大陆一定仍深藏于某地。当然，这个理论并不正确，但从中搜集出的结果却阴差阳错被证明是正确的。这块缺失的大陆，就是澳大利亚大陆，于1770年4月20日的拂晓时分被库克首次发现。
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其实，很多葡萄牙、荷兰和英国的海员曾经见过澳大利亚大陆的部分海岸，或者在此遭遇过船只失事。不过，库克发现的是更具吸引力的东部海岸，也就是大多数澳大利亚人现在生活的地区。在植物学家约瑟夫·班克斯的陪同下，库克对这里的草原、土壤、鱼群、自然植被和良港大为赞赏，以至于后来英国人认为，这里将成为一个非常有前景的殖民地。
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回到英国后，库克再次出发，驶向南半球的海域。冒着两艘木船被毁坏的极大风险，他向南驶入了南极圈外的狂风大浪之中。在三次连续的夏天之行中，库克比以往任何一位航海家都更近距离地接触了那片冰封的大陆，一次又一次地发现冰雪形成的海湾，他甚至还有意驶入其中，期冀自己能在另一头发现陆地。
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但毫不知情的库克其实已经绕过了南极洲。的确，由于海上的浮冰破坏性极大，所以他认为不可能再有别的船继续往南深入。结果，藏在冰块壁垒之后的南极大陆，直到1820年才被发现，而冷冰冰的悬崖峭壁组成的长长海岸线，也要再过几十年才最终被拼凑完整。这块比美国面积还要大的陆地上覆盖着厚厚的冰块，耸立着要比欧洲的阿尔卑斯山还高出不少的冰山。而且慢慢地，人们还将会意识到这片面积广大、有如冷库的大陆，事实上深刻地影响着全球的海平面的高度以及南半球的风向与气候。
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库克的确是那个度量衡新时代成长起来的人。在第二次航行时，他曾携带了精密计时器这个由詹姆斯·哈里森发明的新玩意儿。而且，在天气良好的状况下，库克也是第一个能计算出船只在东西向上所处精确位置的领航员和探险家，也就是说，他可以算出自己所处的经度。此外，在绘制新陆地和珊瑚礁区域的地图时，他所达到的精度也是前所未见的。
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库克三次深入太平洋和印度洋地区的远航，实质上像是打开了一台时间机器。在他到来之前的几千年中，很多太平洋上的小岛一直与世隔绝，只有海上经验丰富的波利尼西亚人定居其中。那么，如此迥异的民族与文化在如此奇特的情况下相遇，即便双方都心怀善意，也一定会出现一些困惑与怀疑。最终，同土著民族打交道时一向圆滑老练的库克船长，成了某个误会的不幸受害者：1779年，他在夏威夷被乱棍打死。
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[1]此处的名字原为路易吉·吉拉尔迪（Luigi Ghiraldi），不过这个名字不太通用，多数与格里历有关的资料中，都把这位天文学家称为阿洛伊修斯·里利乌斯。
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