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哎，要说起历史上最倒霉的科学考察啊，那绝对得提提1735年法国皇家科学院的秘鲁远征！你想啊，一群科学家和冒险家，在皮埃尔·布格和查理·玛丽·孔达米纳的带领下，吭哧吭哧跑到秘鲁，就为了用三角测量法量安第斯山脉的距离。
这三角测量法其实挺简单的，就是你知道三角形一边长度和两个角的角度，就能算出所有其他的值。打个比方，咱要量到月球的距离，你在巴黎，我去莫斯科，咱俩同时瞅着月亮，把咱俩、月亮连成一个三角形，量一下咱俩之间底线的长度和咱俩的角度，剩下的就容易多了！
那会儿啊，人们对了解地球特别狂热，想知道它多大年纪、多大体积、在宇宙里哪个位置、咋形成的。法国小组的任务就是量地球圆周的三百六十分之一，也就是一度经线的长度，大概320公里，从基多附近的雅罗基到现在的厄瓜多尔的昆卡过去一点，这样就能算出地球的周长了。
可这事儿啊，从一开始就状况百出！先是在基多惹恼了当地人，被拿着石头的暴民追着跑。没多久，小组里的医生因为一个女人被谋杀了，植物学家也精神错乱了，还有人发烧死掉，或者直接摔死。更离谱的是，考察队的第三号人物让·戈丁，竟然跟一个13岁的小姑娘私奔了！
这测量小组啊，不得不停工八个月，孔达米纳还骑马去利马解决许可证问题。最后，布格和孔达米纳干脆谁也不跟谁说话，拒绝合作。而且啊，这帮人每到一处，当地官员都疑神疑鬼的，他们压根不信这群法国科学家会为了测量世界跑这么远！这确实挺让人费解的，你说法国人干嘛不去法国测量，非要跑到安第斯山脉遭这罪呢？
一方面啊，是因为18世纪的科学家，特别是法国科学家，很少用简单的方法。另一方面，这跟一个实际问题有关，这事儿还得从英国天文学家埃德蒙·哈雷说起。
这个哈雷可了不得！当过船长、地图绘制员、牛津大学几何学教授、皇家制币厂副厂长、皇家天文学家，还发明了深海潜水钟！他写过关于磁力、潮汐和行星运动的文章，甚至还写过关于鸦片效果的文章。他还发明了气象图和运算表，提出了测算地球年龄和地球到太阳距离的方法，甚至发明了一种把鱼类保鲜到淡季的方法。要说他唯一没干过的，就是发现那颗以他名字命名的哈雷彗星。他只是承认，他在1682年看到的那颗彗星，就是别人分别在1456年、1531年和1607年看到的同一颗彗星。直到他去世后16年，这颗彗星才被命名为哈雷彗星。
不过啊，他最大的贡献可能在于他参与了一次科学打赌。这赌注不大，对手是罗伯特·胡克和克里斯托弗·雷恩爵士。
1683年，哈雷、胡克和雷恩在伦敦吃饭，聊着聊着就说到了天体运动。他们认为，行星都是以椭圆形轨道运行的，但不知道为什么。雷恩大方地说，谁能找到答案，就给他40先令的奖品。
胡克这人，喜欢夸大其词，他声称自己已经解决了这个问题，但不愿意告诉大家，说是怕别人失去自己找出答案的机会。哈雷却着了迷，一定要找到答案，还跑去拜访剑桥大学的数学教授艾萨克·牛顿，希望能得到他的帮助。
牛顿啊，绝对是个怪人！他聪明绝顶，但又离群索居，沉闷无趣，敏感多疑，注意力还不集中。他建了自己的实验室，还经常做一些奇怪的实验。有一次，他把一根大针眼缝针插进眼窝，揉来揉去，就为了看看会发生什么事。还有一次，他瞪着眼睛看太阳，想看看对视力有什么影响。
不过啊，跟他的非凡天才相比，这些怪癖也算不了什么。他在学生时代就觉得普通数学局限性太大，就发明了一种全新的形式——微积分，但27年都没告诉别人。他在光学领域也是一样，改变了我们对光的理解，但过了30年才把成果分享出来。
其实，真正的科学只占他兴趣的一部分，他至少有一半时间都花在了炼金术和宗教活动上。他还偷偷信仰一种叫做阿里乌斯教的异教。他花了无数时间研究耶路撒冷不复存在的所罗门王神殿的平面图，认为自己掌握着数学方面的线索，知道耶稣第二次降临和世界末日的日期。他还特别热衷于炼金术，想把低贱金属变成贵重金属。人们分析他的一绺头发，发现里面含有大量的汞，这也许就是他早上起不来的原因吧。
1684年8月，哈雷拜访了牛顿。根据牛顿的朋友亚伯拉罕·棣莫佛的描述，哈雷问牛顿，如果太阳的引力与行星离太阳距离的平方成反比，那行星运行的曲线会是什么样的？
这就是著名的平方反比律。牛顿马上回答说，会是一个椭圆。哈雷又高兴又惊讶，问他是怎么知道的。牛顿说，他已经计算过了。哈雷让他拿出计算材料，牛顿却找不着了。
在哈雷的敦促下，牛顿答应再算一遍。结果，他闭门不出，精心思考，涂涂画画，最后拿出了他的杰作：《自然哲学的数学原理》，也就是《原理》。
这本书顿时让牛顿闻名遐迩。他成了英国第一个因为科学成就而被封为爵士的人。连德国数学家戈特弗里德·莱布尼兹都认为，他对数学的贡献超过了他之前的所有成就的总和。哈雷感慨地说：“没有任何凡人比牛顿本人更接近神。”
《原理》被誉为“最难看懂的书之一”，但对看得懂的人来说，它是一盏明灯。它不仅从数学角度解释了天体的轨道，还指出了使天体运行的引力——万有引力。突然之间，宇宙里的每种运动都说得通了！
《原理》的核心是牛顿的三大运动定律和万有引力定律。它说明，宇宙里的每个物体都吸引每个别的物体。当你坐在这里的时候，你也在用自己小小的引力场吸引周围的一切事物。而任何两个物体的引力，与每个物体的质量成正比，以两者之间距离的平方反比来变化。用公式表示就是：F=G×（mm'/R的平方）。
这个公式对我们大多数人来说可能没什么实际用途，但至少我们欣赏它的优美和简洁。这是人类提出的第一个真正有普遍意义的自然定律，也是牛顿到处受人尊敬的原因。
《原理》的问世过程也挺曲折的。牛顿和胡克为了谁先发明了平方反比定律吵了起来，牛顿拒绝公开关键的第三卷。多亏哈雷的努力，才最终从牛顿那里拿到了最后一卷。
哈雷的烦恼还没结束。英国皇家学会本来答应出版这本书，但又说财政困难，哈雷只好自己掏钱支付了出版费用。更糟糕的是，哈雷被告知，学会没钱给他答应的年薪，只能用几本《鱼类史》来支付。
牛顿定律解释了许许多多事情，但它们揭示的事实几乎马上引发了争议。这意味着，地球不是滴溜滚圆的。根据牛顿的学说，地球自转产生的离心力，造成两极有点扁平，赤道有点鼓起。因此，这颗行星稍稍呈扁圆形。这对那些认为地球是个滴溜滚圆的球体，并以此来测量这颗行星的人来说不是个好消息。
在半个世纪的时间里，人们想测算出地球的大小，大多使用很严格的测量方法。其中，英国数学家理查德·诺伍德就想计算一度经线的长度。
诺伍德从伦敦塔出发，花了两年时间向北走了450公里来到约克，一边走一边不停地拉直和测量一根链子。最后，他推断出地球一度经线的长度，从而计算出地球的整个周长。他的计算非常精确，相差不到550米。他得出的数字是每度经线的长度为110.72公里。
1637年，诺伍德的《水手的实践》出版，立即受到欢迎。他回到百慕大，成为一名成功的种植园主，空闲时间就用他心爱的三角学来消遣。不过啊，他的晚年过得并不愉快。他的两个儿子让一位牧师深受精神创伤，牧师后来一直找他的麻烦。他的两个女儿的婚姻也不幸福。最后，百慕大开始流行审讯巫师，诺伍德提心吊胆地度过了晚年，担心自己那些带有神秘符号的三角学论文会被看做在跟魔鬼交流，自己会被判处死刑。
与此同时，测定地球周长的势头已经到达法国。天文学家让·皮卡尔发明了一种极其复杂的三角测量法，并宣布了一个更加精确的测量结果：一度经线为110.46公里。但这个结果是建立在地球是个圆球这个假设上的——而现在牛顿说地球不是这种形状的。
更复杂的是，皮卡尔死后，乔瓦尼和雅克·卡西尼父子重复了皮卡尔的实验。他们得出的结果显示，地球鼓起的地方不是在赤道，而是在两极——换句话说，牛顿完全错了。正因为如此，科学院才派遣布格和孔达米纳去南美洲重新测量。
他们选择了安第斯山脉，因为他们需要测量靠近赤道的地方，还因为他们认为山区的视野比较开阔。实际上，秘鲁的大山经常云雾笼罩，而且他们选了个地球上几乎最难对付的地形。但布格和孔达米纳坚持执行任务，度过了漫长的九年半时间。在这个项目快要完成的时候，他们突然得到消息，说另一个法国考察队在斯堪的纳维亚半岛北部进行测量，发现一度经线在两极附近果真要长，正如牛顿断言的那样。地球在赤道地区的测量结果，要比环绕两极从上到下测量的结果厚出43公里。
因此，布格和孔达米纳花了将近10年时间，得出了一个他们不希望得出的结果，而且发现这个结果还不是他们第一个得出的。
牛顿在《原理》中还推测说：一根挂在大山附近的铅锤线，会受到大山和地球引力质量的影响，稍稍向着大山倾斜。如果精确测量那个偏差，计算大山的质量，就可以算出万有引力的常数，同时还可以算出地球的质量。
布格和孔达米纳在秘鲁做过这种试验，但没有成功。因此，这件事被暂时搁置下来，30年后才在英国由皇家天文学家内维尔·马斯基林重新启动。
马斯基林意识到，问题的关键在于找到一座形状规则的山，能够估测它的质量。在他的敦促之下，英国皇家学会同意聘请一位可靠的人去考察英伦三岛，看看能否找到这样的一座山。马斯基林恰好认识这样一个人——天文学家和测量学家查尔斯·梅森。
话说回来，要说这测量，还得提到金星凌日现象。哈雷早就建议，在地球上选几个位置测量一次这种现象，就可以计算地球到太阳的距离，进而计算出到太阳系所有其他天体的距离。
1761年，在哈雷去世将近20年后，下一次金星凌日准时到来的时候，科学界已经作好了准备工作。科学家们奔赴全球100多个地点进行观测。
这是历史上第一次国际合作的科学活动，但它几乎到处困难重重。许多观测人员遇上了战争、疾病或海难。有的抵达了目的地，打开箱子一看，仪器已经破碎或被热带的灼人的阳光烤弯。法国人似乎注定要再一次遭遇倒霉的厄运。
纪晓姆·让蒂提前一年从法国出发，打算在印度观测这次凌日现象，但遇到了种种挫折，发生凌日的那一天还在海上，无法进行测量。他并不气馁，继续前往印度，等待1769年的下一次凌日现象。他花了8年时间建立了一个一流的观察站，并做好了充分的准备。结果，1769年6月4日，当金星从太阳表面通过的时候，一朵乌云挡住了太阳，一直到凌日过程结束才散去。
让蒂大失所望地收拾仪器，前往最近的港口，途中患了痢疾，卧床不起。他最后登上了一条船，这条船在非洲近海的一次飓风中几乎失事。出门十一年半以后，他终于回到家里。他一无所获，却发现他的亲戚已经宣布他死亡，争先恐后地夺走了他的财产。
比较而言，英国派到各地的18名观测人员所经历的失望就不算一回事了。梅森与一位名叫杰里迈亚·狄克逊的年轻测量员搭档，奉命去印度后西迁苏门答腊，在那里绘制凌日图。但他们的船出海的第二天晚上就受到了一条法国护卫舰的攻击。（尽管科学家们处于一种国际合作的心态之中，但国家并非如此。）
梅森和狄克逊给皇家学会发了一封短信，说看来公海上非常危险，不知道整个计划是不是应该取消。他们很快收到一封令人寒心的回信，信中对他们一顿臭骂，然后又说他们已经拿了钱，不能令国人颜面扫地。
他们改变了想法，继续往前驶去，但途中传来消息说，苏门答腊已经落入法国人之手。因此，他们最终是在好望角观测这次凌日现象的，效果很不好。回国途中，他们来到大西洋一个孤零零的小岛——圣赫勒拿岛上，在那里遇上了马斯基林。梅森和马斯基林建立起了牢固的友谊。
此后不久，马斯基林回到英国，成为皇家天文学家，而梅森和狄克逊启程前往美洲，花了4年时间穿越荒原，测量威廉·佩恩和巴尔的摩勋爵两人地产之间的，以及他们各自殖民地——宾夕法尼亚和马里兰——之间的边界，这就是著名的梅森-狄克逊线。
（这条线是他们的主要任务，但他们还进行了一些天文观测。其中有一次，他们对一度经线的长度作了当时那个世纪最精确的测量。由于这项成就，他们在英国赢得了比解决两位被宠坏了的贵族之间的边界纠纷高得多的赞扬。）回到欧洲以后，马斯基林与他的德国和法国同行不得不下结论，1761年的凌日观测工作基本失败。讽刺的是，问题之一在于观测的次数太多。把观测结果放在一起，往往证明互相矛盾，无法统一。成功绘制金星凌日图的却是一位不知名的约克郡出生的船长，名叫詹姆斯·库克。他在塔希提岛一个阳光普照的山顶上观看了1769年的凌日现象，接着又绘制了澳大利亚的地图，宣布它为英国皇家殖民地。
他一回到国内，就听说法国天文学家约瑟夫·拉朗德已经计算出，地球到太阳的平均距离略略超过1.5亿公里。（19世纪又发生两次凌日现象，天文学由此得出的距离是1.4959亿公里，这个数字一直保持到现在。我们现在知道，确切的距离应该是1.495 978 706 91亿公里。）地球在太空中终于有了个方位。
梅森和狄克逊回到英国，成了科学上的英雄；但是，不知什么原因，他们的伙伴关系却无可挽回地破裂了。没有照片，极少文字资料。关于狄克逊，只知道他“据说生在煤矿里”，1777年死于达勒姆。
关于梅森的情况，资料稍多一点。我们知道，1772年，他应马斯基林的请求，奉命寻找一座山，供测量引力偏差之用；最后，他发回报告，他们需要的山位于苏格兰高地中部，就在泰湖那里，名叫斯希哈林山。然而，他怎么也不肯花一个夏天来对它进行测量。他再也没有回到现场。人们知道，他的下一个活动是在1786年。他突然神秘地带着他的妻子和8个孩子出现在费城，显然穷困潦倒，令人惨不忍睹。几个星期以后，他死了。
由于梅森不愿意测量那座山，这个工作落在了马斯基林身上。1774年夏天，马斯基林指挥一组测量员，在斯希哈林山进行了数百次测量。数学家查尔斯·赫顿负责从这些数据中得出大山的质量。他发明了等高线。
根据斯希哈林山的测量结果，赫顿计算出地球的质量为5000万亿吨。在此基础上，可以推算出太阳系里包括太阳在内的所有主要天体的质量。
然而，不是人人都对结果感到很满意。斯希哈林山实验的不足之处在于，不知道该山的真正密度，因此不可能得出一个真正确切的数字。为了方便起见，赫顿假设这座山的密度与普通石头相等，但这不过是根据经验所作的估计。
约翰·米歇尔注意到了这个问题。尽管环境偏僻而简陋，米歇尔却是18世纪一位伟大的科学思想家，深受人们的尊敬。他认识到地震的波动性质，对磁场和引力进行了大量创造性的研究，比任何人都早200年设想过黑洞的存在！当德国出生的音乐家威廉·赫歇尔认为自己生活中的真正兴趣是天文学的时候，他就是向米歇尔讨教了天文望远镜的制作方法。
不过啊，米歇尔最精巧或最有影响的莫过于他自己设计、自己制作的一台用于测量地球质量的仪器。可惜的是，他生前没能完成这项试验。这项试验以及必要的设备都传给了一位杰出而又离群索居的伦敦科学家，他的名字叫亨利·卡文迪许。
卡文迪许本人就是一部书。他生于一个生活奢华的权贵家庭，是那个年代最有才华而又极其古怪的英国科学家。他特别腼腆，跟任何人接触都会感到局促不安，连他的管家都要以书信的方式跟他交流。
有一回，他打开房门，只见前门台阶上立着一位刚从维也纳来的奥地利仰慕者。那奥地利人对他赞不绝口。卡文迪许听着那个赞扬，仿佛挨了一记闷棍，然后顺着小路飞奔而去，出了大门，连前门也顾不得关上。几个小时以后，他才被劝说回家。
有时候，他也大胆涉足社交界，尤其热心于每周一次的科学界聚会，但聚会的主人总是对别的客人讲清楚，大家决不能靠近卡文迪许，甚至不能看他一眼。那些想要听取他的意见的人被建议晃悠到他的附近，仿佛不是有意的，然后“只当那里没有人那样说话”。
卡文迪许钱又多，性格又孤僻，正好有条件把他在克拉彭的房子变成个大实验室，以便不受干扰地探索物理学的每个角落——电、热、引力、气体以及任何跟物质的性质有关的问题。18世纪末叶，人们对基本物质，特别是气体和电的性质发生浓厚兴趣，但往往是热情有余，理智不足。
在美国，本杰明·富兰克林冒着生命危险在大雷雨里放风筝。在法国，一位化学家含了一口氢喷在明火上，以测试氢的可燃性。卡文迪许也做了许多实验，他曾经逐步加大在自己身上的电击强度，仔细体会逐渐厉害的痛苦。
在卡文迪许漫长的一生中，他取得了一系列重大发现——其中，他是分离氢的第一人，把氢和氧化合成水的第一人——但是，他所做的一切都脱离不了“古怪”两个字。他经常在出版的作品中提到从没有告诉过任何人的实验结果，这让他的科学家同行们老是很气恼。但是，尽管遮遮掩掩，他不光模仿牛顿，而且想要努力超过他。实际上，他的大部分成就直到19世纪末才为人所知。在这之前，发现虽然是他的，但功劳几乎总是别人的。
卡文迪许发现或预见到了能量守恒定律、欧姆定律、道尔顿的分压定律、里克特的反比定律、查理的气体定律以及电传导定律，但都没有告诉别人。据科学史家说，他还预见了关于潮汐摩擦对减慢地球自转速度的作用的成果等等。最后，他还留下线索，直接导致一组惰性气体的发现。
不过，我们现在最感兴趣的还是卡文迪许所做的最后一次著名的试验。1797年夏末，67岁高龄的他把注意力转向约翰·米歇尔留给他的几箱子设备。
装配完毕以后，米歇尔的仪器看上去很像是一台18世纪的鹦鹉螺牌举重练习机。它的核心是两个635千克重的铅球，悬在两个较小球体的两侧。装配这台设备的目的是要测量两个大球给小球造成的引力偏差。这将使首次测量一种难以捉摸的力，也就是引力常数成为可能，并由此推测地球的重量（严格来说是质量）。
（对物理学家来说，质量和重量是两个不同的东西，你的质量永远不变，无论你去哪里，你的重量你却不断变化，而这取决于你离别的庞然大物的中心有多远，比如地球。要是你去月球，你的重量会变轻，但质量保持不变。在地球上质量和重量实际上一样，因此这两个词被视作同名词，至少在课堂外面是这样。）
引力使行星保持在轨道上，使物体砰然坠落，因此很容易被认为是一种强大的力，其实不然。它只是在整体意义上强大，一个巨大的物体牵住另一个巨大的物体。在基础的层面上，引力极小。每次你从桌子上拿起一本书，或从地板上拾起一枚硬币，你毫不费劲就克服了整个行星施加的引力。卡文迪许想要做的，就是在极轻的层面上测量引力。
精密是个关键词。为了避免干扰，卡文迪许就待在旁边的一间屋里，用望远镜瞄准一个窥孔来进行观察。这项工作是极其费劲的，他花了将近一年时间才完成17次精密而又互不关联的测量。卡文迪许终于计算完毕，宣布地球的重量略略超过1300 000 000 000 000 000 000 000磅，用现代的计量单位来说就是6 000 000 000 000 000 000 000吨（1吨约等于2205磅）。
今天科学家手里的仪器，其精确度之高，可以测定一个细菌的重量，其灵敏度之高，有人在25米以外打个呵欠都会干扰读数。但是，他们对卡文迪许1797年的测量结果没有重大改动。目前对地球重量的最准确估计数是59725亿亿吨，与卡文迪许的结果只相差1%左右。
有意思的是，这一切都只是证实了在卡文迪许110年之前牛顿的估计，而且没有迹象表明牛顿做过任何试验。
无论如何，到18世纪末，科学家们已经知道地球的确切形状和大小，以及地球到太阳和各个行星的距离。连足不出户的卡文迪许都已算出了它们的重量。于是，你或许会认为，确定地球的年龄会是一件相对容易的事。毕竟，他们实际上已经掌握一切必要的资料。然而，实际情形并非如此。人类要等到能够分裂原子、发明电视、尼龙和速溶咖啡以后，才算得出我们自己这颗行星的年龄。
若要知道其中的原因，我们必须北上去一趟苏格兰，先去拜访一位杰出而又可亲的人。
这个人很少有人听说过，他刚刚发明了一门新学科：地质学。