結帳
購物車有 0 項商品,共 0
科學自然

發表日期

2016.11.30
收藏文章 0

文章摘錄自

時間之冪
這是一本放在咖啡桌上的書,讓你在閒暇之餘,可以隨手拿起來翻閱的趣味書籍。不論從哪一頁開始閱讀,都沒關...
定價 600
優惠價 79折,474
$600 79$474
書到通知我

1秒


秒(second)這個字,是從拉丁文的 secundus 或 gradus secundus 而來,意思是「第二步」或「下一步」。羅馬人把白天的時間分成12小時之後,第一步就是把1小時再分成60分鐘,第二步就是把1分鐘再分成60秒。

大多數的機械鐘錶,大約每秒滴答一聲。荷蘭物理學家惠更斯,引進單擺來改善計時的精密度。單擺來回擺動一次所需的時間,基本上取決於單擺的擺長,而與它的振幅或擺動方式無關。這就是為什麼,相對而言,擺鐘上的指針較容易精準的、以固定速率在鐘面上轉動的原因。擺長99公分的單擺,來回擺動一次需時2秒。因此,時鐘的擺長大約需要1公尺長,來完成「1秒滴、1秒答」的計時要求:每擺動半次,剛好是1秒的時間。當然,個別鐘擺的長度會略有差異,在某種程度上,這與它的造型(如重心位置)有關,但無論如何,它都必須精準完成「1秒」計時的工作。

時鐘的滴答聲,反映出人類對於刻畫光陰的本能需求,它讓我們有個可靠的單位—— 秒,來測量生命中每個飛逝的瞬間。在現代科學裡,「秒」是時間的基本單位。相對於其他可觀測的物理量,時間可以更精準的測量。為了可以準確測量、以及定義「秒」的含義,我們使用了最精確、最可靠的時鐘:原子鐘。

歷史上,人們曾經認為地球自轉一周所需的時間是固定的。因此,正如羅馬人所做的,我們把一天平均分成24小時,每小時裡有3,600秒,所以「1秒鐘」相當於地球自轉一周所需時間的八萬六千四百分之一。然而,地球自轉的速率並不是那麼固定不變的。

大氣、海洋、極地冰帽的運動,都會引起一些雖然很小、卻足以觀測到的變化。因此對於「1秒」,我們還需要一個更準確的定義。

今天,我們所使用的時鐘,是根據銫133原子鐘來校準的。我們可以激發這個原子的電子,使其振動,而其振動頻率非常穩定。由於這個特性,我們現在定義1秒鐘為銫原子振動9,192,631,770次所需的時間。現代的原子鐘非常準確:每一千萬年的誤差,不會超過1秒鐘。

0.86秒
人類心跳一次的平均時間

心臟是讓攜氧的血液流經我們身體的幫浦。在休息的時候,人類的心臟大約每秒跳動一次。平均來說,男生每分鐘的心跳是70次,女生則是75次。運動員的平均心跳次數稍低,每分鐘約40次;至於不常運動的人,平均心跳則大約是80次。當我們焦慮或是激烈運動時,心跳可以高達每分鐘200次。當年,阿姆斯壯(Neil Armstrong)在登陸月球的那一瞬間,應該是情緒非常激動的,所以心跳速率非常快,導致他全身僵硬,難以活動。

現在我們來仔細來看看人類心跳「噗通一下」的過程:在初始階段,心臟是放鬆的,而且兩個心房都充滿了血液。右心房裝滿了由腔靜脈流進來低含氧量的靜脈血,左心房則是裝滿了由肺臟經由肺靜脈流進來的高含氧量新鮮血液。然後,心房開始收縮,讓血液經過心房與心室之間的瓣膜,流入心室。接著換心室收縮,把血液打出心臟;此時,主動脈瓣與肺動脈瓣必須打開。而區隔左右心房之間有些小肌肉,右邊的是三尖瓣,左邊的是二尖瓣,可防止血液從心室逆流回心房。充氧血經由主動脈流往全身,然後,經由較小的動脈進入身體的各個器官與組織。缺氧血則經由腔靜脈帶回右心房、右心室,然後進入肺動脈流回肺臟,再次補充氧氣。

心跳的動作到此告一個段落,而下一個心跳循環則即將開始。心臟在不到1秒的時間內,便完成了如此複雜的動作。心臟有一個天然的心律調整器,稱為竇房結(sinus node),控制著心跳的基本頻率。它是位在右心房壁上的一條特殊的肌肉。竇房結週期性的釋放出電流脈衝,迫使心臟收縮。當有劇烈的體能活動或焦慮時,肌肉與其他器官就需要透過血液,而得到較多的氧氣。當人體有這個需求時,竇房結就會讓心房與心室更快速收縮,導致心跳加速。

1光秒

在真空中,光在1秒的時間可以行進299,792,458 公尺的距離,換句話說,這是1光秒的距離。1光秒或1光年所指的不是時間,而是用來測量距離的單位。今天,由於光速可以被精確測量,所以我們定義1 公尺為光行進299,792,458 分之一秒的距離。在本書的其他地方,我們還會比較光在不同的時距,所行進的距離。

1.28秒

1.28秒是光或電磁波,從地球行進到月球所需要的時間。考量月球繞地球的橢圓軌道,從地心到月心的平均距離是384,403公里。由於光速是每秒299,792,458公尺,所以從地球上發出的光,需要經過大約1.28秒的時間,才會照射到月球表面。

當你和在月球上的太空人通話時,你大約需要等2.5秒才會聽到回話:這是無線電波往返地球與月球之間,所需要的時間。沒有任何訊號可以快過光速,也就是說,無論將來的通訊技術如何先進,我們也無法縮短這段通訊所需要的時間。不過我們或許可以想想辦法,讓這段等待的時間不那麼令人討厭。

摘自《時間之冪》

時間之冪

數位編輯整理:陳子揚
Photo:pixabay,CC0 Licensed.

相關書籍

書到通知我

請輸入您的 Email 作為書到通知的信箱