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“1秒”的科學(xué) “定義”也是一門研究
2023年11月24日 11:20:08
來(lái)源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：5100
當(dāng)然這背后會(huì)涉及到非常復(fù)雜的學(xué)術(shù)框架，我們就不深入了。就結(jié)果來(lái)說(shuō)，因?yàn)椤霸怼钡拇嬖?，其?shí)我們生活中有很多概念是很難解釋清楚的，而時(shí)間便是其中之一。幾乎所有人都知道“1天有24小時(shí)，1小時(shí)有60分鐘，1分鐘有60秒”，但是這個(gè)概念是基于人類將秒、分、時(shí)作為時(shí)間單位來(lái)實(shí)現(xiàn)的，1秒本身也只是時(shí)間增量，但我們并沒(méi)有辦法明確的說(shuō)明“1秒有多長(zhǎng)時(shí)間？”，因?yàn)?秒的長(zhǎng)度取決于計(jì)量方式。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】科學(xué)是運(yùn)用范疇、定理、定律等思維形式反映現(xiàn)實(shí)世界各種現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律的知識(shí)體系， 按研究對(duì)象的不同，可分為自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)和思維科學(xué)，而哲學(xué)和數(shù)學(xué)則是貫穿三個(gè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)。換言之，理論上來(lái)說(shuō)，幾乎所有的認(rèn)知都是可以用科學(xué)來(lái)論證的。為什么用“幾乎”呢？這就涉及到一個(gè)概念——原理。
“原理” 是數(shù)學(xué)的一個(gè)重要概念，同時(shí)也是科學(xué)體系的重要組成部分。“原理”又可以分為“公理”和“定理”，“定理”是經(jīng)過(guò)論證過(guò)的基礎(chǔ)理論，而“公理”則是人類暫時(shí)無(wú)法給出論證，但是在長(zhǎng)期生活中既定的理論。事實(shí)上，很多“定理”也是通過(guò)“公理”來(lái)論證的。當(dāng)然這個(gè)話題進(jìn)一步深入還可以涉及到“定律”，“定律”是物理學(xué)中，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出的基本結(jié)論，“定律”進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)可以得到一些物理上的結(jié)論或者定理，但是“定律”不能由其他規(guī)律通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)獲得。
當(dāng)然這背后會(huì)涉及到非常復(fù)雜的學(xué)術(shù)框架，我們就不深入了。就結(jié)果來(lái)說(shuō)，因?yàn)?ldquo;原理”的存在，其實(shí)我們生活中有很多概念是很難解釋清楚的，而時(shí)間便是其中之一。幾乎所有人都知道“1天有24小時(shí)，1小時(shí)有60分鐘，1分鐘有60秒”，但是這個(gè)概念是基于人類將秒、分、時(shí)作為時(shí)間單位來(lái)實(shí)現(xiàn)的，1秒本身也只是時(shí)間增量，但我們并沒(méi)有辦法明確的說(shuō)明“1秒有多長(zhǎng)時(shí)間？”，因?yàn)?秒的長(zhǎng)度取決于計(jì)量方式。
當(dāng)然，或許有人會(huì)說(shuō)，1秒的定義是從1天的概念中細(xì)化出來(lái)的，1秒基于1天的長(zhǎng)度計(jì)算而來(lái)，因此1秒就是1/86400天。這種說(shuō)法邏輯上是對(duì)的，但是從自然規(guī)律來(lái)說(shuō)卻并不正確。因?yàn)槊刻斓拈L(zhǎng)度其實(shí)是不一樣的，每100年就會(huì)有2.7毫秒的改變(過(guò)去2700年的平均值)。
說(shuō)到這里或許有人覺(jué)得這是在鉆牛角尖，但事實(shí)上，定義1秒鐘實(shí)際上就是一個(gè)非常嚴(yán)肅的科學(xué)課題，甚至和許多科學(xué)儀器的運(yùn)作有著密切聯(lián)系。原子鐘便是其中之一。
原子具有天然的固定共振。它們僅以特定的能量狀態(tài)而存在，而且只能通過(guò)吸收或釋放一定量的能量從一種狀態(tài)變成另一種狀態(tài)。這種能量對(duì)應(yīng)精確的頻率。因此，捕捉這個(gè)頻率就可以準(zhǔn)確的量化時(shí)間的長(zhǎng)度。
1995年隨著銫原子鐘誕生，1秒的長(zhǎng)度被定義為銫原子9192631770次能量振蕩持續(xù)的時(shí)間，而這也成功讓人類的計(jì)時(shí)變得更加精確(雖然這種變化其實(shí)我們并不會(huì)特別在意)。
不過(guò)即便如此，時(shí)至今日對(duì)待1秒，科學(xué)家仍然在尋求突破，精確到“千萬(wàn)億分之一秒”的定義并不能滿足他們對(duì)于科學(xué)的渴望，無(wú)論是利用鍶和鐿等元素中能量更高的可見(jiàn)光誘導(dǎo)的原子躍遷還是利用紫外線和可見(jiàn)光源取代微波重新定義“1秒的長(zhǎng)度”，總之1秒背后，依舊是無(wú)數(shù)的研究在推進(jìn)。未來(lái)，1秒的定義或許隨時(shí)會(huì)改變——不過(guò)，1/86400天也大概率依舊是我們認(rèn)知中的1秒。
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