第一章 运动的世界
为了开始我们的推理,我们需要回到古代,到底是多久呢,我也不知道。
现在想象你是一个古代人,春秋时期的农民,或者是古希腊的农民,无所谓了。现在你完成了今天的农活,来参加一个思考会,思考的内容是“运动与空间”。
我们要怎么思考呢?
就从实际出发。干完一天的农活之后,你现在站在田地上。田里种的是什么不要紧,他们都可以忽略掉,旁边有什么树也不要紧,他们都可以忽略掉,你现在站在一个地方,那么,这个地方是哪里?
很明显,你处在一个三维空间,这当然是废话,但是这是第一个收获,我们有了空间,不过空间到底是什么...还不是很清楚,至少,就像收了粮食的粮仓一样,空间里可以装东西,可以确定位置。
这个三维空间,说的是你可以朝三个方向移动,但是目前看来...你只能朝两个方向移动,除非你爬树,你是不能在第三个方向上怎么动弹的。换句话说,至少现在看来,水平方向的两个方向是一样的,垂直方向的一个方向是不一样的,这也是为什么你常常迷路,但你仍然搞不混天和地的原因。
现在,你隔壁的我出现在你的视线里,我站在田的另一端,而你可以径直走过来,这相当于在咱们两个之间画了一条线,然后...量量线的长度?
线有多长?这是一个有趣的问题,拿尺子出来吧。
现在是春秋时期,大家量地还不是用尺子,也肯定没有什么测距仪啊米尺啊测距轮什么的,但是如果咱们到一个时代用一个时代的单位,未免有些自找麻烦,所以我——让你穿越过来的人,决定给你一个米尺。
事实上米的定义经过了很多的演化,最早没有米,比方说中国有寸,尺,堂堂八尺男儿,到了现在就是“你这一米八的大高个”,外国有英尺,英寸,都是人随便找了一个距离,规定这就是寸了,你们都得跟着用。一个前提是这个空间是平直的,换句话说我把两个一寸摆在一起,量起来应该是两寸,这当然很符合直觉,也很符合客观。如果哪天我跟你讲两个一寸加起来其实是3寸,你一定会怀疑我出了什么问题。
后来人们开始定义米,最早是地球子午线的四千万分之一,但是每次总不能都量一次地球子午线吧,而且子午线毕竟是地球上的东西,如果过个几百年,说不定就会变那么一点点,长此以往肯定是靠不住的。我们可以做一根米原件,放在箱子里,各个国家按着我这个再做一份一样长的,拿回国继续复制,这样不就能保证大家都用到一样长的米了吗?
也不行,米元件如果是实物的话,迟早是会坏的,而且复制的过程总归会有误差,这一点点的误差慢慢积累,也会出现问题。
后来,科学家找到了一些物质的光谱,这些光谱的谱线十分清晰,最早是镉,然后是氪,地方说当时的定义就是“一米是氪-86原子的2p10和5d1能级之间跃迁的辐射在真空中波长的1650763.73倍“
后来,人们可以很好地测准光速,对,就是你现在用的定义,任何一本物理书后面都会写着“一米是光在真空中行进1/299 792 458秒的距离”
不过现在,你有一个米尺就够了。
于是,我们定义了什么是米,换句话说,我们定义了距离。
在刚才,咱们两个都没有动,但是有一个东西一直在流逝。我说流逝你立马就能想到我说的是时间,是的,时间又是什么呢?这可真的不好回答呀,但是从实际出发,至少每天太阳升起,然后落下,一天就过去了,月亮阴晴圆缺,一个月过去了,春夏秋冬四季更迭,一年过去了。我不管你是一年几熟,但你的活动一定受到时间的影响。从大的方面说,作为一个农民,什么节气撒种,什么时候浇水,什么时候翻翻土除除虫,什么时候该收起来放到粮仓里,可是一个农民一辈子都不能忘记的。说道小的方面,每天三餐,早上起床,中午吃饭,晚上睡觉。都是必不可少的。
时间也应该是平直的,而且是一个和空间不一样的东西,因为你发现,你往南走一米,再往北走一米,就回到了原来的地方,但是时间...你往前过一天,就再也回不来原来那一天了。这说明时间和空间不是一个东西,至少在现在,他们有着不同的性质。
时间非常重要,人人家里都会摆一块表,古代人烧一炷香,又或是古时道路上的打更人,都在告诉我们,如果你不知道现在的时间,那你可就摊上大事了。所以如果你穿越了,第一件事应该是搞清楚身处何时。(唔,我要写一本《穿越时空指南及注意事项》)
天一天一天是在重复的,年一年一年也是在重复的,那么就然都是时间单位,就应该可以互换吧。那么,一年是多少天呢?大约是365天,如果需要更准确,我们也向定义米一样,定义秒吧。
首先一天是24小时,1小时是60分,1分又是60秒。这是我们脑海中的景象。但是每天的时间都不一样长,这样的秒天天变岂不是很麻烦。年比天更准确一些,但是也是基于地球绕太阳转的,所以后来也被抛弃了。
现在呢,我们一秒等于铯133原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9,192,631,770个周期的持续时间
也就是说,定义秒和米的时候,分别用了铯原子和光,这些都是自然界中已有的事物。我们现在你很熟悉正说的是国际单位制,而我们已经介绍了长度和时间的单位,这两个都是基本单位,一切看起了是这么的美好。