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趣味物理学
1.3.3 1.3 千分之一秒

1.3 千分之一秒


图1-3 古人依据太阳位置的高低(左)以及阴影的长短(右)来判定时间

对于人类的计时单位,我们早已习以为常,因此,在我们固有思维盘踞的脑海里,千分之一秒等同于零秒,没有任何意义。有趣的是,这个毫不起眼的微小计时单位,前不久竟然在我们的生活中得到了应用。在人类对时间的判断,还只停留在依据太阳的高低或阴影的长短时,人们想把时间精确到几分钟也相当困难(图1-3),那时的人们可能对“一分钟”压根儿没有什么概念,就像我们现在对“千分之一秒”一样,不值得去计较,更别说去度量它了。古代人们的计时工具,如日晷、滴漏、沙漏等等,压根就没有刻“分钟”的分度。(图1-4)直到18世纪初,代表“分钟”的指针才出现在计时器上,而更小的秒钟指针到19世纪初才出现。

图1-4 左图是古人用的滴漏计时器。右图是早期的怀表。这两种计时器都有划分“分钟”的刻度

千分之一秒,这个短得不能再短的时间里,能用来做些什么呢?告诉你,能做的事情多着呢!在千分之一秒里,火车只能跑3厘米,而声音能传33厘米,超音速飞机呢,能飞50厘米;对于绕着太阳旋转的地球来说,能行30米,而宇宙中速度最快的光,能走300千米。

假如生活在我们周围的微小生物们也能思考,也许它们不会对千分之一秒那么漠视,那么无动于衷,那么“无所谓”。一些小昆虫,已能够清晰地察觉到这一短暂的时间了。在一秒钟内,一只蚊子要扇动翅膀500~600次,因此在千分之一秒里,已足够它抬起或放下一次翅膀了。

当然,人类要做出像蚊子那么敏捷的动作是不可能的。对我们人类来说,最快的一个动作就是大家很熟悉的“眨眼”,我们常用的“转瞬”或“瞬间”等词就是这个意义。这个我们习惯认为快得不能再快的动作,甚至让我们觉察不到眼前短暂被掩遮的黑暗。即便这个快得不能再快的动作,如果用千分之一秒做计时单位来衡量的话,它其实进行得相当“缓慢”。据精确的测量,“一瞬”,也就是“一眨眼”的全部时间,平均是0.4秒,即400个千分之一秒。我们且把这一动作分成几步:首先上眼皮垂下(75~90个千分之一秒),接着上眼皮保持静止不动(130~170个千分之一秒),最后上眼皮再抬起来(大约170个千分之一秒)。不算不知道,一算吓一跳,原来“一眨眼”其实也得花不少的时间,这一连串动作中,我们的眼皮甚至还能休息短短的片刻。如此说来,只要我们对每千分之一秒里所经历的情景能够分别察觉的话,那么我们便能轻松地看清在眼睛的“一眨眼”间,眼皮做了两次移动和一次静止的情形了。

倘若我们的神经系统真有这种神乎其神的构造及功能,那么在观察周围事物时,我们会感受到令我们匪夷所思的画面。

科幻作家乔治·威尔斯曾在他的小说《最新加速剂》里,生动描述过这种令人难以置信的情景。小说的主人公喝下了一种神奇的能刺激人体神经的药酒后,他从此能看到各种速度极快的动作。

我们来看一看从这篇小说里摘录下来的几段精彩描写:

“在此之前,你可曾见过窗帘这么紧紧地贴在窗户上面吗?”

我转头看了一眼窗帘,发现它竟然像冻僵了似的,而且,当微风吹过,卷起它的一角时,它能如同凝固一般保持着那卷起的模样。

“太神奇了!我从未见过,”我急忙回答。

“还有更神奇的呢?”他一边说,一边慢慢松开他那握着玻璃杯的手指。我以为杯子马上就会落在地上跌碎,然而它却纹丝未动,像被什么东西吊住悬在空中,一动也不动。希伯恩接着说:“你一定知晓,自由下落的物体在下落的第一秒内会下落5米。这只杯子也不例外,正在跑这5米的路程,——不过,你应该清楚,现在它总共还没有跑百分之一秒[1]呢。经过这几件事,你应该能知晓我的这种‘新型加速剂’的神奇功效了吧。”玻璃杯像电影的慢动作一般缓慢下落。而希伯恩的手正绕着杯子上下翻转着……

我将视线转向窗外。一个僵化的人在那儿骑自行车,他正骑着一辆一动不动的小车,一片僵化了的尘土正在自行车后面弥漫着……一辆僵化了的马车引起了我们的好奇。除了车轮的上缘、马蹄、鞭子的上端以及正在打哈欠的车夫的下颌——这些还在极其缓慢地运动着,这辆车上的其余一切已经完全僵化了,就连坐在车上的人也像石膏塑像一般……有一个乘客可能想用报纸遮挡迎面吹来的风,可他的动作老停留在折报纸的那一刻,更奇怪的是,在我们眼里,压根就没有风。

……刚才我所谈、所想以及所做的一切,都发生在“加速剂”渗透到我身体机能之后,而这些,对于其他人以及对于整个宇宙,都只是在一瞬间发生的事。

现代的科学仪器到底能够测量出多短的时间,读者们肯定很想了解。在20世纪初,我们已经可以测量出万分之一秒了;而现在先进的物理实验室里可以精确到千亿分之一秒。这个时间跟一秒钟相比,相当于一秒钟跟3000年相比!