卧室放表好看吗?
喜欢手表的人可能都有这样的经历;在某个特别的时刻,正想着“我该戴哪一块手表呢?”这时,表在你眼前消失了!你四处寻找,它可能就在你袖口、衣摆或领子旁边,但你就是看不到它!这种奇特的物理现象在手表的爱好者中被称为“失踪的表(Vanishing Watch)效应”。 事实上,在我们的生活中,除了会“消失”的手表外,还有很多其它的“隐形”物体也会经常出现。不过,这些会“隐形”的物品与我们日常所接触到的钟表和时间的概念密切相关。
1. 时间其实是一种错觉 艾萨克·牛顿是历史上著名的数学家和物理学家,他对微积分和光学的研究贡献卓著。但是许多人可能不知道的是,牛顿还是一位伟大的科学家,对力学和天文学也有开创性贡献。他发现了万有引力定律并发明了计算万有引力常数的方法。 在晚年,牛顿开始研究宗教和神话学,并出版了《静态宇宙》和《光学》两部著作。在《光学》一书中,牛顿给出了一个简洁的证明方法来解释为什么我们的肉眼无法看见紫外线和红外线,因为我们的眼睛对波长大约在400纳米和700纳米波段的光感知能力是最弱的,而对其他更窄的波段则能很好地感知。虽然我们能看到各种颜色,但我们实际上看到的只是自然界中非常小的一部分。 这个证明过程如下:假设可见光波段的电磁波是均匀分布的,我们每个细胞都拥有数量相等的视者(光子接收器)。为了便于计算,我们进一步假设每一个视者的灵敏度是完全一样的。由于我们的眼睛能看到从蓝色到红色的宽广光谱,因此每一个视者应该能感受到从蓝到红所有频率的电磁波。现在假定我们要判断两个频率很接近的电磁波——一个是蓝色的,另一个是红色的——其中一个的频率高一点还是低一点?根据上述的假设,我们可以用平均法来求解这个问题,即把这个问题变成一系列无穷多的独立问题,然后计算这些问题得数的平均值。这样我们就得到了红色比蓝色频率高的结论。也就是说我们感觉的红色其实是比蓝色频率更高的电磁波。同理可证,我们感觉的紫外线是比红外线频率更高的电磁波。 这就是为什么如果我们穿着深色衣服在太阳下长时间散步,我们没有感觉到太热的原因。黑色衣服吸热主要是吸收波长大约在0.35-0.4μm之间的电磁波,而高温对人体最大的危害来自于这些频率低于红外线的电磁波。因为眼睛能看到光线,所以眼睛直接吸收了大部分红外线,而身体其它部位吸收的热量更多的是以辐射的形式将能量释放出去。
2. 日晷——古代天文计时仪器 日晷[guǐ]是古代人们观察天象的工具,由晷针(垂直于地面)和晷盘组成。利用日影的变化测量时间的一种仪器。主要由晷面和晷杖组成。 其中,晷面是一个底部呈圆形的平面,用石料做成。圆心位置设置有一根刻上等间隔刻线的晷针。当太阳光照射时,通过晷针投射到晷面上形成一竖直阴影。随着太阳在天空中的移动,此阴影也会在晷面上移动。通过观察此阴影的位置变化便可得知当前的时间。 为了减少外界光源的影响,古人往往会将日晷放置在一个封闭的房间里,如图1所示。
图1 西安碑林博物馆的古代日晷 (图片源自URL)
3. 机械指针手表 现代机械指针式手表通常由壳体、玻璃镜面、指针、机芯等部件构成。其中,机芯是手表的核心部件,通常由发条盒、传动链、摆舵等部件组成。在一般情况,一只手表需要两条不同直径的传动链,一条用于驱动“时针”,另一条用于驱动“分针”。 为了在手表内部腾出更多的空间,摆放体积较大的发条盒以及零部件,现代手表大多采用“摆陀轴机芯”,即通过摆动一个轴来完成上下运动,从而使手表的时针与分针都能得到驱动。