#所見(jiàn)所得，都很科學(xué)#

時(shí)間是一個(gè)抽象的概念。為了測(cè)量時(shí)間，人們定義了幾種時(shí)間單位。在日常生活中，我們使用的最小時(shí)間單位通常是“秒”。

那么一秒鐘有多長(zhǎng)呢？

看起來(lái)這是一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算問(wèn)題，因?yàn)橐惶焓?4小時(shí)，一小時(shí)，60分鐘，一分鐘，60秒，所以一秒就是一天超過(guò)86400。

其實(shí)，在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間里，人們的確是這樣定義“秒”的，但在天體物理學(xué)逐漸發(fā)展之后，人們發(fā)現(xiàn)這個(gè)定義并不恰當(dāng)。為什么？

因?yàn)闀r(shí)間單位“天”是根據(jù)地球自轉(zhuǎn)周期定義的，所以科學(xué)家發(fā)現(xiàn)地球自轉(zhuǎn)速度不是一成不變的。平均每100年，地球自轉(zhuǎn)周期會(huì)變慢約0.00164秒。

之后，人們開(kāi)始積極尋找一種比地球自轉(zhuǎn)更穩(wěn)定(最好是完全穩(wěn)定)的周期性現(xiàn)象，并用它來(lái)精確定義時(shí)間單位“秒”。

在1967年召開(kāi)的第十三屆國(guó)際度量衡會(huì)議上，人們最終將一秒鐘的時(shí)間定義為“銫-133原子基態(tài)在兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)之間躍遷時(shí)輻射出的電磁波的振蕩周期的9192631770倍”。

與電磁波振蕩的極短周期相比，用秒作為單位顯然不合適，但這沒(méi)關(guān)系。我們可以使用更小的時(shí)間單位，比如“皮秒”。根據(jù)定義，一秒等于10 ^ 12皮秒，即1萬(wàn)億皮秒。

看到這里，也許你會(huì)覺(jué)得一皮秒已經(jīng)是很小的時(shí)間單位了。畢竟一皮秒只是十億分之一秒。但在物理學(xué)中，還有更小的時(shí)間單位，比如飛秒(10的負(fù)15秒)和阿秒(10的負(fù)18秒)，普朗克時(shí)間短得令人難以置信。

相對(duì)于一秒，一皮秒真的很短，但是相對(duì)于普朗克時(shí)間，一皮秒又是極其長(zhǎng)的，因?yàn)橐黄绽士藭r(shí)間大約是10的負(fù)43次方。通過(guò)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換，可以得出一皮秒包含10 ^ 31(1后面跟31個(gè)零)個(gè)普朗克時(shí)間。

什么概念？這么說(shuō)吧，如果把一個(gè)普朗克時(shí)間比作一秒，那么一個(gè)皮秒大約相當(dāng)于3.17 x 16^23年，也就是3170萬(wàn)億年。相比之下，從大爆炸宇宙學(xué)推斷出的宇宙年齡“只有”138億年左右。

這可以說(shuō)是一段非常長(zhǎng)的時(shí)間，而我們知道，一皮秒只是十億分之一秒。所以，與普朗克的時(shí)間相比，一秒就是“永遠(yuǎn)的老”。

為什么物理學(xué)中有這么小的時(shí)間單位？

19世紀(jì)末，人們發(fā)現(xiàn)微觀世界的一些現(xiàn)象無(wú)法用現(xiàn)有的經(jīng)典物理理論解釋。例如，根據(jù)經(jīng)典物理理論計(jì)算的黑體輻射強(qiáng)度會(huì)隨輻射頻率無(wú)限上升，直至無(wú)窮大，這與實(shí)際實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的數(shù)據(jù)嚴(yán)重不符。

為了解釋這一現(xiàn)象，物理學(xué)家普朗克提出了“量子”的概念。他指出，黑體輻射中的輻射能量并不像經(jīng)典物理理論所描述的那樣是連續(xù)的，而是可以細(xì)分成若干部分，每一部分能量都是一個(gè)不可分割的基本單位(即量子)，從而完美地解決了黑體輻射理論與實(shí)驗(yàn)之間的矛盾。

進(jìn)一步的研究表明，除了能量，其他物理量也具有這種不連續(xù)的性質(zhì)，它們也可以細(xì)分為幾個(gè)不可分割的基本單位，而這些基本單位都可以由光速常數(shù)、引力常數(shù)、普朗克常數(shù)、庫(kù)侖常數(shù)、玻爾茲曼常數(shù)等物理常數(shù)推導(dǎo)出來(lái)。

“量子”概念提出后，經(jīng)過(guò)愛(ài)因斯坦、玻爾、薛定諤、海森堡、狄拉克等眾多物理學(xué)家的完善。，最終建立了量子力學(xué)的理論體系。今天，它已經(jīng)成為現(xiàn)代物理學(xué)的基石之一。

時(shí)間也是一個(gè)物理量，它還有一個(gè)不可分割的基本單位，就是普朗克時(shí)間，所以我們可以簡(jiǎn)單的理解為普朗克時(shí)間是現(xiàn)代物理學(xué)中最小的時(shí)間單位。