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時間之冪:從極短暫到永恆,囊括各種時間尺度的祕密

時間之冪:從極短暫到永恆,囊括各種時間尺度的祕密

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將於1個工作天內出貨
9789864791224
特胡夫特
蔡坤憲
天下文化
2016年11月30日
200.00  元
HK$ 170
省下 $30
 
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ISBN:9789864791224
  • 叢書系列:科學天地
  • 規格:平裝 / 292頁 / 17 x 23 cm / 普通級
    科學天地


  • 自然科普 > 科普叢書

















    以10的冪次方為尺度,

    蒐羅各式各樣有關時間的紀錄,

    解答各種關於時間的祕密!





    序?? ?令人驚奇的科學進境?? ?溫伯格

    誌謝

    自然現象及其時間尺度

    大數與小數



    第一部?? ?從100秒來到1090秒

    第1章?? ?100 秒= 1秒

    第2章?? ?101秒 = 10秒

    第3章?? ?102秒 = 100 秒

    第4章?? ?103秒 = 1,000 秒

    第5章?? ?104秒 = 1萬秒 = 2.78 小時

    第6章?? ?105秒 = 10萬秒

    第7章?? ?106秒 = 100萬秒

    第8章?? ?106.41秒 = 259萬秒 = 30 日

    第9章?? ?107秒 = 1,000萬秒

    第10章?? ?108秒 = 1億秒 = 3.17年

    第11章?? ?109秒 = 10億秒

    第12章?? ?1010秒 = 100億秒

    第13章?? ?1011秒 = 1,000億秒

    第14章?? ?1012秒 = 1兆秒 = 3萬1,710年

    第15章?? ?1013秒 = 10兆秒

    第16章?? ?1014秒 = 100兆秒

    第17章?? ?1015秒 = 1,000兆秒

    第18章?? ?1016秒 = 1京秒 = 3億1,700年

    第19章?? ?1017秒 = 10京秒

    第20章?? ?更大尺度的時間

    1018 秒 = 100京秒 = 317億年

    1021秒 = 10垓秒 = 3.17×1013年

    1028秒 = 1穰秒 = 3.17×1020年

    第21章?? ?黑暗的永恆

    1032秒 = 超越無限

    時間軸上的所有時間尺度



    第二部? 從10-44秒回到100秒

    第22章?? ?微小尺度的時間

    10-44 秒到10-26 秒之間

    第23章?? ?10-25 秒

    第24章?? ?10-24 秒 = 1攸秒

    第25章?? ?10-23 秒 = 10攸秒

    第26章?? ?10-22 秒 = 100攸秒

    第27章?? ?10-21 秒 = 1介秒

    第28章?? ?10-20 秒 = 10介秒

    第29章?? ?10-19 秒 = 100介秒

    第30章?? ?10-18 秒 = 1阿秒

    第31章?? ?10-17 秒 = 10阿秒

    第32章?? ?10-16 秒 = 100阿秒

    第33章?? ?10-15 秒 = 1飛秒

    第34章?? ?10-14 秒 = 10飛秒

    第35章?? ?10-13 秒 = 100 飛秒

    第36章?? ?10-12 秒 = 1 皮秒

    第37章?? ?10-11 秒 = 10 皮秒

    第38章?? ?10-10 秒 = 100 皮秒

    第39章?? ?10-9 秒 = 1 奈秒

    第40章?? ?10-8 秒 = 10 奈秒

    第41章?? ?10-7 秒 = 100 奈秒

    第42章?? ?10-6 秒 = 1 微秒

    第43章?? ?10-5 秒 = 10微秒

    第44章?? ?10-4 秒 = 100 微秒

    第45章?? ?10-3 秒 = 1 毫秒 = 0.001 秒

    第46章?? ?10-2 秒 = 10毫秒 = 0.01 秒

    第47章?? ?10-1 秒 = 100 毫秒 = 0.1 秒

    第48章?? ?100 秒 = 1 秒



    結語?? ?讚嘆宇宙迷人的多樣性

    重要名詞注釋

    參考文獻與網站

    圖片來源





    導讀



    自然現象及其時間尺度

    特胡夫特、范都仁




      時間是大自然的本質。在自然科學領域,時間更是一個不可或缺的參數。「時間」這個詞有兩個含義:一個是「時刻」,意思是在時間軸上的某個點,或是某件事發生的瞬間;另一個含義是「時距」或「時間間隔」,意指兩個時刻之間的一段時期。時距可長可短。在我們的世界裡,在長短不一的時距裡,存在著許多令人驚奇、甚至超乎想像的自然現象。例如,目前的電腦科技,在1秒內,便可以進行上百萬次、有時甚至是數十億次的計算。另一方面,有些自然現象卻需耗時數百萬年。物種演化就是一例,由於演化的速率是如此緩慢,使我們幾乎無法察覺演化的存在。



      近代自然科學的進展,分別從兩個方向,向我們展示了比上述兩個例子更為極端的自然現象。在微觀世界裡的一些微小粒子,它們在運動速率上,已經遠遠超過當今最快速的電腦了。而在巨觀世界裡,當我們考慮行星、恆星或整個星系的年齡時,這些動輒長達數十億年的光陰,簡直讓人無法想像。科學家認為,他們幾乎已經可以確定宇宙的真實年齡;然而,這個看似永恆的極長時間,絲毫無法阻礙物理學家的好奇心與研究工作。



      本書的結構



      本書的主旨是希望展示:在我們生活周遭,各個變化多端、卻又獨一無二的時間尺度。我們將從「1秒鐘」開始,以這個我們最熟悉,也是在近代科學中最被廣泛採用的時間單位,做為起點。在本書的第一部,我們將以10為倍數,從1秒、10秒、100秒、1,000秒開始,細細展開這些逐漸增長的時間尺度,以及在這些時距內,各種特殊而有趣的自然現象,一直到當今宇宙的年齡為止。



      不過,這還不是我們的終點,因為有些事件的歷程,會比整個宇宙演化的時間還要漫長!



      當我們討論完這些接近「永恆」的漫長時段之後,將會來到時間尺度的另一側,瀏覽一些花不到1秒鐘的快速事件。這是本書的第二部,我們將直接跳進一個(可能是)最微小、最短暫的時距裡。然後,我們再次以10為倍數,逐步邁開我們的步伐,直到回到「1秒鐘」為止,本書也將在此畫下句點。



      這樣的安排,看似有些怪異,不過,我們相信,對讀者而言,這應該是最輕鬆、最不會有壓力的方式了。我們希望它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有關係,你更可以直接從你最感到好奇的「時段」開始,順著看、跳著看都可以。我們希望你也能像我們一樣,在每個不同的時距裡,發現並感受到這個令人讚嘆與驚奇的世界。每一個時距,都是獨一無二的,也都展示著讓人著迷的奇特現象。換句話說,我們這本書,是由一系列各自獨立的短篇與插畫所組成,描繪著從一眨眼到一整個滿月,歷時長短不同的各種趣味現象。



      五種顏色,五種主題



      紅框線的文字欄:衰變

      如前所述,與衰變現象相關的文字,在文字欄的左邊,都會加上紅色的框線。



      藍框線的文字欄:星球軌道

      在恆星、行星、月球與彗星的世界,由於它們的軌道與自轉週期長短,差異很大,因而這個主題會在不同的時距裡,頻繁出現。我們會以藍色的框線,來標示這類型的事件。



      黃框線的文字欄:週期 & 頻率

      週期性訊號也是一個會頻繁出現的主題,電磁波就是其中一例:不同波長的電磁波,頻率的範圍可以從每秒幾千次的振盪,增快到目前還無法測量的高速振盪(例如X射線與γ射線的頻率)。此外,我們在生物學裡,也發現到一些具有週期性的規律現象,例如心臟的跳動或月經週期等。這些與週期性訊號或振盪相關的現象,我們用黃色的側邊框線來標示。



      綠框線的文字欄:宇宙學

      接下來是科學的一個「新」學門:宇宙學。對於宇宙的演化與歷史,物理學家與天文學家已經可以描繪出很宏大的一部分。透過天文觀測與理論計算,他們可以推論出,宇宙起源自所謂的大霹靂(Big Bang)。在大霹靂之後短短不到1秒鐘的時間裡,不僅整個宇宙中的所有物質,已經創造具足,在此同時,也創造出了時間與空間。有趣的是,時間與空間的創造過程仍在持續中,這意謂著,我們的宇宙正處於擴張的狀態。對於宇宙創生初期,雖然還有許多的臆測與猜想,但是整個圖像已經愈來愈清晰了。這些也是我們希望在本書中介紹的主要內容:僅僅一億分之一秒的時間,宇宙便已經擴張到,我們可以用現今的物理定律來理解它的地步。然而,這並不是說,我們可以藉由目前的知識去回溯推論出宇宙最初的模樣,而只是說,對於宇宙的初期,我們正有著愈來愈多的理解而已。對於不同時期的宇宙的描述,我們以綠色的側邊框線表示。



      橘框線文字欄:光

      對於宇宙實際的尺寸大小,我們所知有限。我們完全可以把宇宙想像成是一個無限大的存在。不過,在定義宇宙尺寸大小的議題上,我們只能把自己局限在:以我們目前最大型的望遠鏡,所能觀測到的這一部分的宇宙。以距離我們最遙遠的星系而言,我們現在所觀測到的光線,是130億年前從那裡所發射出來的光線,而當時的宇宙還算是相當年輕的宇宙。



      如果我們以此為宇宙的邊界,那麼我們就有了一個很好的界線,來決定宇宙的大小。然而,在發射了現今我們所觀測到的光線之後,這些星系仍持續遠離我們而去。根據這個定義,再配合其他理論的估算,宇宙的半徑大小約為500億光年(光年是指光行進1年的距離,大約是10兆公里)!



      宇宙在創生後的最初幾日,雖然密度很大,但尺寸其實很小。因此,在一個年齡只有138億年的宇宙,其中卻有兩個相距超過138億光年的星系,再加上,我們已知沒有任何速率可以快過光速,所以這不是一件很奇怪的事嗎?對這個弔詭的現象,我們在愛因斯坦的相對論裡找到了解釋:雖然在某個給定的區域內,沒有任何的速率可以超過光速,但是「時空」本身的擴張速率,卻是可以快過光速的。這也是為何,有些星系之間的距離可以接近約1,000億光年左右的原因。由於光與光年在本書的許多討論中,都扮演很重要的角色,所以,凡是遇到與光的行進距離有關的討論,我們就以橘色的側邊框線來表示。



      如前所述,本書是由數以百篇的短文所組成,每一小節都是各自獨立的。只有在特殊情況下,我們會列出需要參考其他章節的地方,目的是希望提供更多的細節,或是提供其他尺度下相關的有趣現象。



      這本書,你可以從任何一頁開始讀,無論是從頭到尾的逐頁閱讀,或是直接從你最感到好奇的時距開始,都可以。



      荷蘭小鎮的傳承



      最後,我們覺得有責任跟讀者報告,這本書的體裁,並不是我們原創的。1957年,在荷蘭的烏特勒支市附近,一位住在比爾托芬(Bilthoven)小鎮的老師伯克(Kees Bokes)先生,出版了《宇宙觀:穿越宇宙的四十步》(Cosmic View: The Universe in 40 Jumps)。這本書是著名短片「十的乘冪」(Powers of Ten)的前身。



      在伯克先生的著作之後,這種以乘冪與尺度為主軸的方式,啟發了許多作家與出版企劃。伯克先生的大作是以「長度」為主軸,來探討各個物體的尺寸或物體之間的距離。兩相比較宇宙中最大與最小的物體,那些畫面的強烈對比,實在叫人目眩神迷!



      我們甚至發現,之前已經有人也以十的乘冪來看待過時間。例如,有一段名為「時間的乘冪」的影片,也是以時間尺度為主題。還好,它所探討的內容沒有本書豐富。



      因此,很幸運的,這個以時間尺度為主軸來看待大自然的方式,仍有足夠的空間,讓我們得以發揮。



      透過本書,我們傳承著荷蘭伯克先生的傳統,改從時間的角度,輔以二十一世紀的科學新知,來欣賞我們周遭世界的美妙景象。




    其 他 著 作