丈量世界的7种方式

作者简介

皮耶罗·马丁（Piero Martin） 意大利帕多瓦大学实验物理学教授，从事热核聚变研究多年，主管多个磁约束聚变领域的实验室，并在多个国际研究项目中担任高管职务，如欧洲聚变能源发展联合会（EURO fusion）、偏滤器托卡马克实验（DTT）项目等。 长期从事科学知识的普及工作，出版过3本科普著作，并积极参加科学节和与科普相关的公共活动。2011年，因其对物理学事业的杰出贡献入选美国物理学会。

内容简介

飞行的钟 每个人都会有疯狂的时刻。幸运的话，这些时刻会发生在人们的梦境里，因此不需要承担任何后果。但有的人却在醒着的时候犯糊涂，他们中有些人是为曾遭受的痛苦复仇，有的人可能是受虐狂，或者仅是出于赤裸裸的残忍。我认识的很多人会购买这样一种装饰品：一摇晃就好似里面飘雪的神奇玻璃球。其原理都是一样的，即充满透明液体的球体内部固定了一个再现某种风景的小型立体人工制品。大部分是圣诞节场景，但也有一些是著名建筑物、木偶、漫画人物或宗教场景。这种美是维也纳手术器械制造商埃尔文·佩尔齐（Erwin Perzy）的独创性成果，他在 1900年制作了第一个样品：其内部是玛丽亚采尔大教堂的模型，以及用磨碎的米粒制成的雪。现在，维也纳还有一座纪念这位发明家的博物馆，里面收藏了很多精美作品。 尽管有一丝虚伪，但我们中很少有人大方承认自己确实曾抵不诱惑想买一个内部装有假雪的玻璃球，少数承认的人也会将该行为披上一层文化外衣，比如借口说奥森·威尔斯（Orson Welles）的电影《公民凯恩》（Citizen Kane）中的著名场景用的就是这个小玩意儿。根据几年前多家报社的报道，这种玻璃球是伦敦机场安检中检获最多的物品，这或许可以说明这件纪念品的成功。因为许多这种玻璃球内的液体含量超过了机场允许的随身携带行李中的液体含量，所以它们就在安检人员的手中结束了旅程，也很可能因此挽救了一段友谊或浪漫关系。在伦敦机场的违禁物排行榜上，还有其他更常见的物品，比如化妆品、酒瓶、网球拍，甚至还有手铐。好像没有原子钟。 1971 年， 尽 管 当 时 的 机 场 管 制 更 加 严 格， 但 约 瑟 夫· 哈 弗 勒（Joseph C. Hafele）和理查德·基廷（Richard E. Keating）将原子钟带上飞机时也没遇到什么特殊问题。从当时的影像看，那是个相当大的平行六面体，差不多有一个中型冰箱那么大，它和它的两位同伴多次共同环游世界。 哈弗勒和基廷分别是物理学家和天文学家。原子钟飞行是当时一项重要实验，即用肉眼可见的时钟来验证爱因斯坦相对论预测的运动和引力引起的时间变化。著名杂志《科学》在不久后发表的一篇论文 证 明 该 实 验 取 得 了 成 功：“1971 年 10 月，4 个 铯 原 子 钟 乘 坐 商 业航班环游世界，一次向东飞行，一次向西飞行。它们记录了时钟与地球因相对运动产生的时间差，这与相对论的预测结果一致。将这 4 个铯原子钟与美国海军天文台的国际原子时相比，向东飞行的时钟慢了59±10 纳秒，向西飞行的时钟快了 273±7 纳秒，这里的误差是相应的标准差。人类通过肉眼可见的时钟获得的测量成果为著名的‘时间悖论’提供了明确的解决方案。 ”如果你在一架时速约 900 千米 / 时的飞机上，那一天的时间会延长几十纳秒。这似乎是一个微不足道的时间长度，但即使只是一部智能手机，在这段时间里也能做几十次算术运算 …… 时间究竟是什么 没有任何一个物理量能够像时间一样在科学领域之外同样具有重大意义。这并不奇怪，因为时间的流逝与我们拥有的最宝贵的东西——生命有关。时间能安慰我们、锻炼我们、给我们希望，也能教会我们一些事情。我们生活在过往的经验与对未来的期望之间，即此刻。同时，时间制约着我们的存在，我们试图克服它，但没有太多成功的希望。时间显然是我们人类与生俱来的经验， 因 此 也 不 难 想 象 描 述 它 有 多 么 困 难。 希波的奥古斯丁在公元 4 世纪就已经意识到了这点，并思考了“时间是什么？”。他说：“若无人 问 我， 则 我 知 道； 若 有 人 问 我， 则 我 不 知道。”诺贝尔奖得主理查德·费曼（Richard Feynman）试图给这个困境一个切合实际的答案，他在文章中写道：“真正重要的不是我们如何定义时间，而是我们如何测量它。” 这位美国物理学家的务实态度很好地反映了人类自文明诞生之初所做的事情：在了解时间是什么之前，虽然人类无法控制它，但已经尝试测量它。一开始人们利用周期性自然现象来测量时间：昼夜交替、季节更迭、月相变化。这些时间测量技术的共同点是依赖某种周期性现象，即有规律地定期重复的现象。例如，一天中的日夜更替，或者像我们将看到的，原子在两个超精能级间跃迁对应的辐射频率。 早在新石器时代就出现了日历，甚至一些学者认为，在法国发现的一块可以追溯到大约 3 万年前的猛犸象象牙块上雕刻的月相记录是人类最早的日历。当然，世界各地的许多物品都在争夺第一个日历的称号。在阿尔巴诺发现的最早的袖珍日历（可能是早期用于农业的标记）距今大约有一万年的历史。它是一块刻着 28 个凹口的圆盘，而这些凹口被认为是表示一个农历月份的天数。 所有时间测量技术的共同点是将时间投射到可见的事物上。尽管从我们的衰老中也可以感知时间流逝，但要想测量它，我们需要将其具体化，比如影子或指针的运动、钟表的声音、沙漏中的沙子、燃烧的蜡烛或香薰条的长度，甚至是面包师跟前新鲜出炉的面包香气。 一副关于计量单位的“细密画”。本书详细介绍了7大国际基本计量单位的发展历史，它们分别是：长度单位米、时间单位秒、质量单位千克、温度单位开尔文、电流单位安培、物质的量的单位摩尔、发光强度的单位坎德拉。 一张科学发展的“大事年表”。从牛顿的经典力学到爱因斯坦的相对论，从元素周期表到阿伏伽德罗常数，科学的发展与计量单位的发展紧密相关又相互独立，二者可谓相辅相成。 一本像《一千零一夜》的科学故事集。从猫王、披头士到普朗克，从维特鲁威、贝多芬到伏特，从啤酒到红酒，从比克笔到节拍器，作者用计量单位将它们串联起来，阅读本书就像在琳琅满目的市集上散步。 国际热核聚变研究项目DTT首席物理学家、意大利著名科普作家皮耶罗·马丁全新力作；“主宰生活的科学之道”系列。 来自中国计量大学、复旦大学物理系与中国计量科学研究院的数位老师联袂推荐！ 湛庐文化出品。