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        時間的范圍有多大?

        2021-12-02 11:32:44文李孝輝
        初中生世界 2021年22期
        關鍵詞:鴻毛古生物節(jié)律

        文李孝輝 劉 婭

        自然界是形形色色的,每個事件都有其持續(xù)的時間,不同事件持續(xù)時間的跨度差別極大。有些壽命極長,如天體的年齡以數(shù)百億年計,組成原子的質子壽命更長,甚至超過1028秒;有些壽命則極短,例如Z 粒子的壽命只有10-25秒。

        “時間”的范圍非常大,最大值和最小值之間相差超過1053倍。1053有多大?從以下兩個例子就可以看出來:

        一粒米只有1 毫米大小,1053粒米放在一起,組成的球比太陽系都要大!有成語說輕如鴻毛,鴻毛再輕也有質量,如果鴻毛的質量是0.001 克,1053根鴻毛集中在一起,不但比地球重得多,甚至比1 億億個太陽還要重!從這些例子里,對最大時間和最小時間的差別,可以窺知一二。

        這么大的時間和如此小的時間是怎么測量出來的呢?科學家自有辦法。

        測量天體的年齡,要先測量天體能量的損耗速度和該天體的質量,然后根據(jù)質量和能量轉換關系估算天體的壽命。這和吃餃子有點像,一盤10 個餃子,一分鐘吃一個,我們只要數(shù)一下剩幾個就知道過了幾分鐘,天文學家可以測量數(shù)百萬年到數(shù)百億年之間的時間間隔。

        測量地球的年齡、巖石的形成時間,一般采用放射性元素衰變法,并由此形成了一個專門的學科——地質紀年學。放射性元素的衰變速度是恒定的,在巖石中測量放射性元素已經(jīng)衰變的質量和沒有衰變的質量,兩者相比就可以確定巖石的年齡。用這種方法估算出地球年齡大概是45 億年。

        測量古生物的時代,利用的是古生物的生理節(jié)律。例如,古動物生活時期所處環(huán)境影響到古動物的生理特征,這些生理特征會影響到古動物的生長節(jié)律,也就會在骨骼、貝殼等的外部形態(tài)和內部結構上鑄成各種花紋和圖樣,這些花紋和圖樣是古生物生理節(jié)律的記錄。當研究了古生物化石上反映的生理節(jié)律以后,對照現(xiàn)代同一生物的生理節(jié)律,并與現(xiàn)代計時方法比較,便能推斷古生物時代的時間記錄,這就是古生物時鐘。古生物時鐘證實了地球速率長期變慢的論斷。

        日、月、年、世紀的測量屬于天文學歷法的范疇。歷法實質上是根據(jù)地球繞日公轉周期和地球繞軸自轉周期來測量時間的,這兩種運動反映了地球上四季和晝夜的交替,其規(guī)律與人類活動密切相關。但由于這兩種運動沒有成整倍數(shù)關系,如何照顧四季和晝夜這兩種現(xiàn)象,便構成了編制歷法的基本任務。

        現(xiàn)代時間測量,并不是指上述的廣義時間測量,而是指小于天的時間間隔測量,對于一些專業(yè)天文臺和物理實驗室,時間測量的概念是秒以下時間間隔的測量。目前,這些實驗室能直接測量的最高精度大約在飛秒量級。

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