伴着《伽利略的钟摆》,在物理世界荡秋千

作者:许秀华来源:蝌蚪五线谱发布时间:2015-03-25

这次推荐的,是一本市面上买不到的好书——《伽利略的钟摆》,吊足大家的胃口。

  从伽利略的钟摆开始,人类实现了对日夜的精确计时。而在此之前,各国的历法是极为粗糙的(本书第二章)。古埃及人根据尼罗河水的泛滥周期,进行较长的时间计量。如果有什么异常的天气水文现象,这个计时方法,可能就大错特错了。后来各个早期文明普遍发现,月亮的阴晴圆缺,要更靠谱一些。于是,他们根据日月运行,纷纷制定了自己的历法,试图厘清年月日之间的复杂关系。这时问题出现了,地球绕太阳公转一圈的时间是365.25天,而古人并不知道这一点。月亮一次阴晴圆缺的周期是30天。于是误差不可避免地出现了。怎么办?一年差5天,6年就差了一个月,于是各种稀奇古怪的矫正方案就出来了,你好奇吗?好奇就看书吧!

  单摆的特点是周期性的,钟表也是周期性的。如果失去了周期性,我们还会感受到时间的存在吗?

“摆”的等时性原理造就了机械钟

“摆”的等时性原理造就了机械钟

  “一块巨石呼啸着在宇宙中无休无止地飞驰。它既不围绕某颗恒星公转,自身也不具备固有的自转轴。当然也没有绕其旋转的卫星。这是一个单调的世界,没有清晨和夜晚的更迭,也没有春夏秋冬的变迁。”(本书第一章)假如远古的人类生活在这样的星球上,他们如何制定历法?如何划分年月日?他们从生到死,是否只有漫长的一天?那样的话,生物钟还会发挥作用吗?

  伽利略用自己的脉搏测量时间,脉搏是一种周期,是一种生命节律。有节律的行为是大部分生命系统的共有特性。这种节律性,犹如生物体内置的计时装置,让生物体自动适应昼夜变化,获得更好的生存优势。

脉搏的周期性,是一种生命节律

脉搏的周期性,是一种生命节律

  人类是唯一突破了内置生物钟的限制,通过发明设计钟表,从外部测量时间的生物。

  早期的人类,无论是古希腊人、古罗马人,还是古中国人,从来没有采用过比一天还小的计时单位。直到公元前159年,白天中“小时”的概念才为世人所知。在基督纪元的初期,古罗马白天有5个小时,后来增加到7个小时。在埃及,人们在地上立一根棍子,根据影子的方向和长度表示不同的时间点。在中国则用沙漏和日晷。直到人们根据伽利略的发现,发明了摆钟,每一天的计时才变得精确起来。之后胡克和牛顿分别对钟摆加以改良,并对其原理加以分析。一个个精彩的故事,在波澜壮阔的历史中展开(本书第三、四、五、六章)。

中国古代的计时工具——日晷

中国古代的计时工具——日晷

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