測量宇宙

在眾多科幻作品如《三體Ⅱ》中，宇宙的尺度都是以光年來衡量的。光年是指光傳播一年的距離，約合9.46×1012千米。你還知道哪些長度單位呢？長度、時間、重量、溫度這些常用的計量單位，又經(jīng)過了哪些變革呢？快跟我一起去看看吧！

長度測量的變遷的變遷

長度是一個非常常用的度量單位。在古代，人們常用身體部位來測量長度，工具“隨身攜帶”，很方便。這不，幾位人士正在熱烈討論——

古埃及人

我們喜歡用“肘”來丈量，把從胳膊肘到中指尖的長度作為標(biāo)尺。我們的金字塔就是用這種方式測量并建造出來的，誤差僅僅幾厘米。

古羅馬人

我們喜歡用腳步作為單位，走一步算一步。在外遠行，走一段距離就立一塊碑做個標(biāo)記，“里程碑”這個詞就是這么來的。

中國古人

我們的測量方式也不少，寸、尺、丈就是我們常用的單位。最開始，1寸大約是中指關(guān)節(jié)的寬度；1尺是10寸，大概是手掌張開、拇指到食指的長度，也叫“拃（ zhǎ）”；1丈是10尺。隨著時代發(fā)展，它們表示的長度也有變化。

法國科學(xué)家

雖然你們的測量方式都不錯，但誤差比較大，不太準(zhǔn)確。我們提議，從1790年以后，我們就把通過巴黎的地球子午線全長的四千萬分之一作為長度單位，定義為“米”，全世界都統(tǒng)一用這個標(biāo)準(zhǔn)吧。

現(xiàn)代科學(xué)家

再精確一些吧。1983年，國際計量大會決定利用光速的恒定特性，把光在真空中行進1/299792458秒的距離，定為“米”。

趣味小知識

如果你想知道中國古代的一尺到底有多長，得加一個前提——說清楚是哪個朝代，因為它一直在改變。

商代的一尺——16—17厘米

東周的一尺——大約23厘米

西漢的一尺——大約23.2厘米

隋朝的一尺——大約30厘米

唐朝的一尺——29—30厘米

宋代的一尺——大約31.6厘米

明朝的一尺——大約32厘米

清代的營造尺——大約32厘米，這是由康熙皇帝親自審定的，他把100?？v向排列的黍子之長定為“營造尺度”。

重量測量的傳奇

重量在我們的生活中既常見也很重要。這不，各國發(fā)明家紛紛發(fā)言。

中國古人

我們發(fā)明了秤，一根橫桿的一頭掛著一個盤子，秤桿上有刻度，通過移動秤砣找到平衡點來測量重量。

古埃及人

我們很早就發(fā)明了天平，它由一根橫桿和兩端的盤子組成，當(dāng)兩邊的重量相等時，橫桿就能保持水平。在一個盤子里放上標(biāo)有刻度的砝碼，就可以測量出另一個盤子里的物體重量了。

秦始皇

之前的重量單位太多了，有銖、兩、斤等，春秋戰(zhàn)國時期，各個國家都有自己的標(biāo)準(zhǔn)，我統(tǒng)一六國后，規(guī)定1斤等于16兩。

重量會改變

我們常說的千克，其實在物理學(xué)上是質(zhì)量單位。質(zhì)量是物體所含物質(zhì)的量，不受重力影響；而重量由物體的質(zhì)量和所受的重力共同決定。日常生活中，人們經(jīng)常把質(zhì)量和重量混用。

重量不是一成不變的，跟物體所受重力大小有關(guān)。比如在月球上，由于月球的引力只有地球的六分之一左右，人在月球上會感到自己變得“輕盈”了許多。

近代科學(xué)家

1889年，我們用鉑銥合金制作了一個國際千克原器，以它作為“千克”的標(biāo)準(zhǔn)，2019年5月20日，“國際千克原器”正式退役。如今，這個國際千克原器保存在法國巴黎的國際計量局。

現(xiàn)代科學(xué)家

再精確一些吧。2019年，科學(xué)家決定用普朗克常數(shù)來定義千克。普朗克常數(shù)是自然界的基本常數(shù)，用它來做標(biāo)準(zhǔn)，能使得千克的測定更加精確和穩(wěn)定。1千克等于普朗克常數(shù)為6.62607015×10-34J·s時所對應(yīng)的質(zhì)量單位。

趣味小知識

在中國古代，1斤等于16兩，半斤就等于八兩，因此才有“半斤八兩”這個成語。那么為什么古代的1斤不是10兩，而是16兩？想想看，一段繩子平均分為10份容易，還是對折對折、再對折對折，分成16份容易？

從另一個層面來說，1斤等于16兩的設(shè)計也蘊含了古人的智慧。16兩代表16顆星，分別是北斗七星、南斗六星以及福、祿、壽3星，以此來告誡商人要誠信經(jīng)營，不能缺斤短兩，否則就會受到福、祿、壽的懲罰。

你知道一朵云有多重嗎？

云朵的平均密度為每立方米0.5克。一朵中型大小的云，體積約為1立方千米，所以其重量大概為500噸?？此戚p飄飄的云朵，并沒有想象中的那么輕呀。

溫度測量的發(fā)展

古詩說“春江水暖鴨先知”，古人早就開始想辦法來測量溫度了。

溫度決定性別

大部分物種的性別都是在受精時決定的，而海龜?shù)男詣e卻是在受精之后由孵蛋的溫度來決定。如果海龜?shù)霸?7.7℃以下孵化，孵出來的就是雄海龜；如果在31℃以上孵化，出來的就是雌海龜；在這溫度之間孵化出來的小海龜可能是雌的也可能是雄的。

中國古人

我們發(fā)明了一種“冰瓶”，將水灌進去，水若結(jié)冰，就代表溫度到了零下，進入寒冬。

中國古人

除了測量低溫，我們測量高溫也有辦法。我們很早就學(xué)會了使用和駕馭火，還練成了“火眼金睛”，能根據(jù)火焰的顏色來判斷溫度。“爐火純青”說的就是當(dāng)火焰達到青色的時候，就到了可以燒鑄青銅器的溫度。

伽利略

我在1593年發(fā)明了泡狀玻璃管溫度計，這可是世界上第一支標(biāo)有刻度的溫度計。

伊斯梅爾·博里奧

我在1658年發(fā)明了世界上第一支采用水銀作為測溫物質(zhì)的溫度計，使得測量溫度的準(zhǔn)確性大大提高。

攝爾修斯

我于1742年提出了攝氏溫標(biāo)（即攝氏度），并將水的冰點定為0℃，沸點定為100℃。這一溫標(biāo)直觀又好記，很快就在全世界普及。

現(xiàn)代科學(xué)家

很感謝前人的努力。到了現(xiàn)代，溫度計的使用范圍和形式更是多種多樣，有電阻溫度計、熱電偶溫度計、氣體溫度計、數(shù)字溫度計、高溫溫度計等，它們被廣泛應(yīng)用于科研、工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域。

趣味小知識

在有些溫度計上，我們能看到兩種溫標(biāo)？華氏度和攝氏度。它們之間是什么關(guān)系呢？

華氏度（℉）：1724年，由德國物理學(xué)家華倫海特提出。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點為32℉，水的沸點為212℉，中間分為180等份，每份即為1℉。看到這里，你會不會覺得這個32℉十分奇怪？據(jù)說，華倫海特當(dāng)年38歲，他在母親70歲生日那天發(fā)表了華氏計量法，于是用70減去38等于32來設(shè)定這一溫度點。

攝氏度（℃）：1742年，瑞典天文學(xué)家攝爾修斯提出，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，純凈的冰水混合物的溫度為0℃，水的沸點為100℃，中間分為100等份，每份即為1℃。

再告訴你一個兩種溫標(biāo)轉(zhuǎn)換的公式：℃ =（℉ - 32） ÷ 1.8，下次可以自己來轉(zhuǎn)換一下。

時間測量的智慧

為了確定時間，古人自有妙招，看太陽、看星星、看水、看沙子……古人查看時間的方式真是很多很多。

中國古人

我們發(fā)現(xiàn)，隨著太陽的移動，影子的位置會發(fā)生變化，借助刻有時間刻度的日晷（guǐ），就可以記錄時間了，這種方法簡單又直觀?！耙淮绻怅帯本褪顷嗅樀挠白釉陉斜P上移動一寸所耗費的時間。

古埃及人

我們使用水鐘，利用水從一個容器流到另一個容器的過程來計時，這樣哪怕遇到陰天，我們也可以知道時間了。

中世紀(jì)歐洲人

隨著技術(shù)的發(fā)展，我們可以制造出精密的齒輪和擺錘，從而制造出碩大的機械鐘。把它安裝在教堂和鐘樓上，可以提醒人們祈禱和工作的時間。

標(biāo)準(zhǔn)時間的來源

在19世紀(jì)之前，世界各地的時間都是根據(jù)當(dāng)?shù)氐奶栁恢脕泶_定的，這導(dǎo)致了時間上的混亂和不便。為了解決這個問題，1884年召開了國際會議，決定以英國格林尼治天文臺所在地的時間為全球標(biāo)準(zhǔn)時間的基礎(chǔ)，即格林尼治標(biāo)準(zhǔn)時間（GMT）。這一決定為現(xiàn)代全球時間體系的建立奠定了基礎(chǔ)。

瑞士工程師

石英晶體每秒可以振動32768次，利用儀器計算它振動的次數(shù)就可以精確計時。根據(jù)這個原理，我們在1967年制成了世界上第一塊石英表。過了沒幾年，人們就可以戴著小巧的石英表，隨時查看時間了。

現(xiàn)代科學(xué)家

1967年，我們決定，用銫原子的振動頻率來定義“秒”，銫-133原子基態(tài)的兩個超精細能級間輻射所對應(yīng)的9192631770個振蕩周期就是1秒，這其中也蘊含著很多物理學(xué)和數(shù)學(xué)知識哦。

你知道嗎？

“星期”最開始是一種看星星推斷時間的方式。古埃及人將赤道附近的星星分為36組，每組包含幾顆星或一顆星，每組星星管10天，稱為“旬星”。當(dāng)一組星星在黎明前恰好升到地平線上時，就標(biāo)志著這一旬的到來。這樣，一年就被劃分為36個“星期”，每個“星期”持續(xù)10天，總共360天。他們還會額外加上5天，這樣一年就有365天了。

趣味小知識

武俠小說中經(jīng)常說“一炷香的時間”，那么“一炷香”究竟是多長時間呢？由于環(huán)境、風(fēng)力、香的長短、香料干濕等因素影響，一炷香的燃燒時間并不完全相同，但一般約為半小時。

那么什么是時辰呢？中國古代把一天分為12個時辰，分別用“子丑寅卯辰巳午未申酉戌亥”12個字來指代，子時約為晚上11點到凌晨1點。

考考你，依此類推，卯時大概是幾點？答案是早上5點到7點，“點卯”說的就是古代官署在卯時開始辦公打卡了。是不是還挺早的？比現(xiàn)代正常的上班時間可早多了。