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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 Time in Powers of Ten: Natural Phenomena and Their Timescales

  • 作者:特胡夫特、范都仁 追蹤
  • 譯者:蔡坤憲
  • 出版社:天下文化 出版社追蹤 功能說明
  • 出版日:2016/11/30
  • ISBN:9789864791224
  • 金石碼:2013070057391
  • 語言:中文繁體
  • 適讀年齡:全齡適讀
  • 館主推薦:★★★★☆
  • 定價:600 元
  • 特價:79474(可得紅利4點)
  • 紅利優惠價:77460(折抵說明)
  • 紅利可抵:14
  • 信用卡紅利:可折抵多家銀行 (扣抵說明)
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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
參考庫存量:1本
立即購買 預計出貨日:2019/3/25

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內容簡介 top

《時間之冪:從極短暫到永恆,囊括各種時間尺度的祕密》Time in Powers of Ten: Natural Phenomena and Their Timescales


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!


這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,
發現並感受到周遭這個令人讚嘆與驚奇的世界。
每一個時距,都是獨一無二的,
也都展示了讓人著迷的奇特現象……
我們這本書,
是由一系列各自獨立的短篇與插畫和照片所組成,
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。
—— 本書作者特胡夫特、范都仁

名人推薦top

    好評推薦

    作者以令人耳目一新的方式,把天文學到生物學的奇聞軼事、音樂與運動領域的歷史掌故……統統編纂起來,並把重心放在作者最擅長的宇宙學和粒子物理學。不管是逐頁展讀、還是隨意瀏覽,都是非常愉悅的閱讀體驗。這本書完全傳達了費曼所讚嘆的「我們這個宇宙真是無比奇妙」。——《自然.物理學》期刊

    略帶幽默的文風,豐富精采的插圖,如此迷人,一旦你拿起書來,很難不上癮。—— 歐洲數學學會

作者top

  • 作者介紹


    特胡夫特 Gerard 't Hooft

    荷蘭理論物理學家,烏德勒支大學(Utrecht University)教授。

    1999年因為「闡明電弱交互作用的量子結構」,獲得諾貝爾物理獎。特胡夫特曾任教於哈佛大學、史丹佛大學、加州理工學院,獲頒美國海涅曼數學物理獎、以色列沃爾夫獎、荷蘭勞侖茲獎、梵諦岡碧岳十一世獎章。1971年發現的小行星9491,以他為名。

    范都仁 Stefan Vandoren

    荷蘭烏德勒支大學理論物理研究所教授,研究焦點是超弦理論、超重力、黑洞、量子場論。2008年獲頒笛卡兒—惠更斯獎。

  • 譯者介紹

    蔡坤憲

    東海大學物理系畢,交通大學電子物理所碩士,曾擔任逢甲大學光電學系暨物理教學研究中心講師。目前旅居紐西蘭,任教於漢彌爾頓市 St. John's College,《物理雙月刊》紐西蘭科學與物理教育點滴專欄作者。譯有《觀念物理II》、《怎樣解題》等書,著有《觀念物理Ⅵ:習題解答》。

目錄 top

時間之冪:從極短暫到永恆,囊括各種時間尺度的祕密-目錄導覽說明


  • 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10^0秒來到10^90秒
    第1章    10^0 秒= 1秒
    第2章    10^1秒 = 10秒
    第3章    10^2秒 = 100 秒
    第4章    10^3秒 = 1,000 秒
    第5章    10^4秒 = 1萬秒 = 2.78 小時
    第6章    10^5秒 = 10萬秒
    第7章    10^6秒 = 100萬秒
    第8章    10^6.41秒 = 259萬秒 = 30 日
    第9章    10^7秒 = 1,000萬秒
    第10章    10^8秒 = 1億秒 = 3.17年
    第11章    10^9秒 = 10億秒
    第12章    10^10秒 = 100億秒
    第13章    10^11秒 = 1,000億秒
    第14章    10^12秒 = 1兆秒 = 3萬1,710年
    第15章    10^13秒 = 10兆秒
    第16章    10^14秒 = 100兆秒
    第17章    10^15秒 = 1,000兆秒
    第18章    10^16秒 = 1京秒 = 3億1,700年
    第19章    10^17秒 = 10京秒
    第20章    更大尺度的時間
    10^18 秒 = 100京秒 = 317億年
    10^21秒 = 10垓秒 = 3.17×1013年
    10^28秒 = 1穰秒 = 3.17×1020年
    第21章    黑暗的永恆
    10^32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10^0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    10^0 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

序/導讀 《時間之冪》top

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。

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第1章 1 秒

秒(second)這個字,是從拉丁文的 secundus 或 gradus secundus 而來,意思是「第二步」或「下一步」。羅馬人把 白天的時間分成12小時之後,第一步就是把1小時再分成60分鐘,第二步就是把1分鐘再分成60秒。

大多數的機械鐘錶,大約每秒滴答一聲。荷蘭物理學家惠更斯,引進單擺來改善計時的精密度。單擺來回擺動一次所需的時間,基本上取決於單擺的擺長,而與它的振幅或擺動方式無關。這就是為什麼,相對而言,擺鐘上的指針較容易精準的、以固定速率在鐘面上轉動的原因。擺長99 公分的單擺,來回擺動一次需時2 秒。因此,時鐘的擺長大約需要1公尺長,來完成「1 秒滴、1 秒答」的計時要求:每擺動半次,剛好是1 秒的時間。當然,個別鐘擺的長度會略有差異,在某種程度上,這與它的造型(如重心位置)有關,但無論如何,它都必須精準完成「1 秒」計時的工作。

時鐘的滴答聲,反映出人類對於刻畫光陰的本能需求,它讓我們有個可靠的單位—— 秒,來測量生命中每個飛逝的瞬間。在現代科學裡,「秒」是時間的基本單位。相對於其他可觀測的物理量,時間可以更精準的測量。為了可以準確測量、以及定義「秒」的含義,我們使用了最精確、最可靠的時鐘:原子鐘。

歷史上,人們曾經認為地球自轉一周所需的時間是固定的。因此,正如羅馬人所做的,我們把一天平均分成24小時,每小時裡有3,600 秒,所以「1秒鐘」相當於地球自轉一周所需時間的八萬六千四百分之一。然而,地球自轉的速率並不是那麼固定不變的。

大氣、海洋、極地冰帽的運動,都會引起一些雖然很小、卻足以觀測到的變化。因此對於「1 秒」,我們還需要一個更準確的定義。

今天,我們所使用的時鐘,是根據銫133原子鐘來校準的。我們可以激發這個原子的電子,使其振動,而其振動頻率非常穩定。由於這個特性,我們現在定義1 秒鐘為銫原子振動9,192,631,770 次所需的時間。現代的原子鐘非常準確:每一千萬年的誤差,不會超過1秒鐘。(關於這個主題,請參考第38 章。) ...看全部

詳細資料top

編/譯者:蔡坤憲
語言:中文繁體
規格:平裝
分級:普級
開數:18開17*23cm
頁數:292
出版地:台灣

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