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【推舊文】人類將重新定義公斤 從此宇宙間牛扒質量都相同（物理雙月刊）

我們去街市買牛肉時，都是量度肉的質量去計算價錢的。質量的單位必須準確，我們才能知道有多少牛肉。現代，我們使用國際單位制（Système International d'Unités, SI units）制定的公斤（kilogram, kg）作為量度質量的基本單位。

不難想像，這種國際公認的度量衡，需要一個不會改變的標準：上星期賣的一公斤牛肉與明天賣的一公斤牛肉必須擁有同等質量、你在台灣買的一公斤牛肉與我在德國買的一公斤牛肉亦必須擁有同等質量。

在巴黎近郊的國際計量局（Bureau international des poids et mesures, BIPM）實驗室裡，收藏著一個137 年前製造的金屬圓柱體。這個圓柱體是人類對一公斤的定義。在宇宙任何地方，當你測量質量時，都必須以這個放在銀河系之中一顆不起眼的恆星旁的一個行星上的一個城市之中的實驗室裡的一支金屬圓柱體為標準。

很明顯，這即使對地球人來說也並非一個太方便的定義，更遑論為客觀的科學標準。這金屬圓柱體縱使被密封於實驗室裡接近真空之中，細小的微塵、侵蝕等效應亦有可能改變其質量，而且更有丟失的危險，其複制品也不可能做到百分百相同質量。美國國家標準技術研究所（National Institute of Standards and Technology, NIST）物理學家Stephan Schlamminger說，如果我們有朝一日與外星人交流科學，這個金屬圓柱體將會成為「銀河系笑話」。

其實使用實際物件去做成度量衡的標準，在從前是必需的。以前科學並未發達的時候，我們並不知道物理定律之中藏著一些永遠不變的物理量。例如，古時人們就以人類身體部分尺寸作為長度的標準。

如今，我們發現宇宙中存在一些基本常數（fundamental constant），這些物理量的數值不論何時何地何人測量，亦是固定的。最常聽說的有光速（speed of light, c）、電子的基本電荷（elementary charge, e）、量度量子單位的普朗克常數（Planck constant, h）、量度溫度單位的波爾茲曼常數（Boltzmann constant, k）、量度原子數量的阿伏加德羅常數（Avogadro constant, NA）等等。

國際單位制採用十進制，有七個基本單位。米（metre, m），量度長度；秒（second, s），量度時間；公斤，量度質量；安培（ampere, A），量度電流；開爾文（kelvin, K），量度溫度；摩爾（mole, mol），量度粒子數量；坎德拉（candela, cd），量度發光強度（luminous intensity）。只用這七個基本單位，就能夠描述所有已知的物理量。

時間和距離，可說是最基本的度量衡概念。在中世紀，一秒定義為一個太陽日（solar day）的1/86,400，即相鄰兩個正午的1/86,400。可是，由於地球繞太陽公轉軌道並非正圓，太陽日於一年不同季節之長度並不相等。1956年，一秒被重新定義為一個回歸年（tropical year，亦稱太陽年solar year）的1/31,556,925.9747。回歸年指太陽重新回到天空同一點所需時間。雖然使用回歸年定義一秒比用太陽日更加準確，但由於地球自轉軸會進動（即歲差），加上其他天體動力學效應，每個回歸年亦非一樣。

可想而知，使用地球和太陽的運動去定義時間單位，並非全宇宙通用。最終在1967年，一秒被定義為銫（caesium, Cs）原子基態的兩個超精細能階（hyperfine energy level）量子躍遷所釋放之電磁輻射的9,192,631,770個週期之時間長度。銫原子基態的量子結構在宇宙何時何地都不會改變，因此這是一個可以用來跟宇宙中其他文明交流科學知識的客觀定義。

另一個已被客觀永恆不變的物理概念定義的基本單位是米。在1793年，科學家把一米定義為穿過巴黎的子午線（即經線）由赤道到北極的1/10,000,000。這個距離不易量度之餘，地殻板塊運動也可能改變其值。1889年，一米被定義為一個放在巴黎國際計量局裡的鉑（platinum, Pt，即白金）金屬棒的長度。這個定義方法與公斤的定義一般，都依賴放於巴黎國際計量局裡的實物。

科學家希望用客觀概念定義長度。1960年，一米的定義被改為氪（Krypton, Kr）原子在真空之中兩個能階之間的量子躍遷所釋放之電磁輻射波長的1,650,763.73倍。這個定義就像使用銫原子的量子躍遷去定義一秒，其實已經足夠客觀。不過科學家更進一步，最後於1983年把一米定義為光在真空中1/299,792,458秒內行進的距離。這個定義不但無需使用某一任意元素，而且更反過來定義了光速。在此之前，光速的數值是用實驗測量出來的，存在實驗不確定性；現在，光速是被定義出來的，其數值為每秒299,792,458米。

普朗克常數大約是h= 6.62607x10-34 kg m2/s。科學家預期能在2018年前把h準確測量至200萬分之1個百分比。然後，就像定義光速一樣，普朗克常數會反過來被定義。由於h的單位包括公斤、米和秒，而米和秒已被上述方法客觀定義，因此固定h的數值就等於客觀定義公斤。

如果使用不同方法得出的h值互相吻合，聯合其他基本常數如c、e、k和NA等，科學家將會於2018年國際計量大會（Conférence générale des poids et mesures, CGPM）上投票決定是否更新公斤、安培、開爾文和摩爾的定義。

無論結果如何，以上所講都不會對任何人的生活造成影響：牛扒不會變輕、我們也不會變瘦。使用宇宙通行的基本常數去定義各度量衡單位，是科學文明的一大進步。因為科學研究，應建基於客觀的、可重複的實驗結果之上。

星光　◎#Ted Kooser ◎#kaifrankwind 譯
　
Starlight
　
All night, this soft rain from the distant past.
No wonder I sometimes waken as a child.
　
徹夜，來自遙遠的過去柔軟的雨
無怪乎是一名小孩，在我醒來──
　
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◎作者簡介　
　
Ted Kooser（生於1939年4月25日）是美國詩人。從2004年至2006年，他曾在國會圖書館擔任詩人詩人顧問，以他對話的詩歌風格而著稱。
（節錄自維基百科https://en.wikipedia.org/wiki/Ted_Kooser）
　
kaifrankwind，ptt詩人，有blog：https://kaifrankwind.wordpress.com/
　
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美術設計：陳又瑄
攝影來源：CC0｜Amanda Mocci (@Unsplash)
　
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◎小編少年阿Ben賞析
　　　
來自kaifrankwind在ptt poem版上的譯作（https://www.ptt.cc/bbs/poem/M.1489476384.A.D11.html）並不是以長度取勝的作品，表現在簡潔中的張力卻堪稱完美。
　
「徹夜」不僅呼應主題的「星光」，同時讓星光因為這個時間單位而有被延伸的可能性。徹夜的星光訴說著什麼呢？「來自遙遠的過去柔軟的雨」。在無數靜止的此刻感受到的星光，從物理學而言都來自於過去。星光作為黑夜中少有的溫暖指引，竟也為受這個認知影響而回望的過去增添了些許溫度。以「柔軟」談論「光」是本質的改變，寫法非常親近。以「雨」言之，則表現了這星光在徹夜中不停歇的連續性。
　
也唯有這星光象徵的「時光回溯」與「親近」，才能讓一名成人重新成為了一個小孩。但Ted Kooser又以「醒來」為此詩增添了一點解讀的複雜可能——或許是直言如此情境似在（或本來就在）夢中，或許是悄聲訴說此一啟示性的親近感受讓自己安然入睡，並重新成為一個心思純淨的人。
　
在第一句充滿暗示，並在動/靜中拉扯的自然場景後，第二段轉化出的日常狀態讓這首詩抵達了另外一個層次。像一只大手牽著小手，讀此詩令人心靈平靜，像重新與過去的自己達成了和解。
　
http://cendalirit.blogspot.com/2017/06/20170621.html

#520#～本日冷知識～
你知道嗎？【剎那 vs. 瞬間】

你可能知道，
一毫秒＝0.001秒、一微秒＝0.000001秒，也知道一奈秒＝0.000000001秒。因為我們在數學的課堂上學過，毫（milli，符號m）代表 10 的 -3 次方、微（micro，符號μ）是 10 的 -6 次方、奈（nano，符號n）則是 10 的 -9 次方，所以可以用「秒」去換算這些時間單位的長度。

但是你知道我們常掛在嘴上的一剎那，或者一瞬間有多長嗎？

不知道對吧？畢竟不管是數學老師還是國文老師，都沒向我們說過「剎那」、「瞬間」、「彈指」、「須臾」究竟是多短多長。像小編就只知道很短，寫作文的時候有很多詞可以替換這樣XD。其實上面這幾個詞都是從佛教來的，那它們到底代表多長的時間呢？來翻翻佛教的梵典就可以找到答案。

《摩訶僧祇律》中記載：
「一剎那者為一念，二十念為一瞬，二十瞬為一彈指，二十彈指為一羅預，二十羅預為一須臾，一日一夜有三十須臾。」
根據這段文字，我們知道：一晝夜＝30須臾＝600羅預＝12000彈指＝240000瞬間＝4800000剎那。再從一晝夜＝86400秒來推算，我們可以得到：一「須臾」＝2880秒（48分鐘）、一「羅預」＝144秒（2.4分鐘）、一「彈指」＝7.2秒、一「瞬間」＝0.36秒、一「剎那」＝一「念」之間＝0.018秒。

大家都看懂了嗎？知道誰長誰短了嗎？？
看不懂沒關係，只要記住下面這個式子，以後考試攏免驚！
來來來來來，跟蜜絲桑戴老師唸三遍：
須臾＞彈指＞瞬間＞刹那＝一念之間。
須臾＞彈指＞瞬間＞刹那＝一念之間。
須臾＞彈指＞瞬間＞刹那＝一念之間。

[Miss Sunday]

#時間 #黑洞 #平行世界
各位大家好，歡迎來到HenHenTV的奇異世界，我是Tommy。
最近重看了一次星際穿越Interstellar，以前看的時候真的很不明白，但是這次再看回就比較明白一些，開始對於裡面的理論感到好奇，究竟他們是以什麼理論來拍攝這個電影呢？
這個電影裡面講到的有幾個我們都好奇的東西，時間，引力，平行世界還有黑洞，而這些理論很巧妙的把它們聯繫在一起，我們今天就來說這幾個東西吧！
先說時間，我們好像明白時間但卻又好像從來沒有認識過什麼是時間，我們在有文明以前就以太陽出現的時間為一個標準，或是以星星月亮等等的運行為一個計算單位。其實時間最主要就是三個因素，過去，現在還有未來，而且從來沒有人可以證明時間是在‘流動’的，那在物理裡面，他們對於時間的觀點是怎樣的呢？
如果是這樣，那麼我們就要在愛因斯坦的狹義相對論開始說起，狹義相對論裡面和牛頓力學不同，他加多一個維度，就是時間軸，裡面只有兩個基本的原理
光速是恆定的
大家知道光速是C=30 x 108 m/s，這個原理就是，無論是這樣的情況之下（除了引力之外，我們會在下個理論講到）真空或是經過空氣之中，光速都是恆定的，都是一秒30萬公里。
狹義相對論
這裡的另外一個原理就是移動的物體，和靜止的物體，它們相對的時間會不一樣，打個比方，如果以光速的來回為計算方式，那麼彈回來原點就是一個時間單位，但是移動的東西所彈回來的時間會稍微長了一點，所以這裡就是產生另一個情況，就是時間膨脹。
如果用一個靜態的人的時鐘去測量一個低於光速移動的人，如果這個移動的人也有帶著時鐘，那麼他的時鐘一定會比靜止的人慢，但是對於他來說，在他的移動空間裡面還是一樣的，物理上沒有任何改變。
我來舉一個簡單的例子：
如果我在地球上拿着同一款非常精準的原子鐘，而我朋友則是搭上太空船遠離地球，他在太空船空間裡面的時間是兩年，裡面的食物還是兩年，人也只是老了兩歲。
但是在地球上的我，卻是過來四年，那麼當他回來後，是否是好像穿越了兩年後的未來呢？
那如果我也是像我朋友一樣，搭上太空船與他相反的方向離開地球，我們的時間過得會一樣快。
那麼有人就有提出一個叫雙胞胎悖論，如果一對雙胞胎，弟弟留在地上，哥哥做太空船低於光速離開地球後再回到地球上，那麼哥哥可能就是比弟弟年輕了，是這樣的嗎？
但是事實上狹義相對論只適合用於直線均衡速度的運動，因為哥哥的太空船中途加速，U-turn或減速然後回到地球上，所以並不是適合用這個理論來解釋，
所以就要和另外一個理論來解釋會比較完善，那就是廣義相對論，
廣義相對論裡面講的也是兩個非常簡單的理論。
引力是和加速值是同等的。
打個比方，如果我們坐進電梯裡面，如果電梯上靜止不動，地球的引力會落在我們身上，那麼我們會靜止不動，是因為在我們身上會有向上的支持力，所以我們才會在原地不動（牛頓引力）
當電梯上以N的速度往上升時，那麼加速上升會造成支持力變大，但是其實你是分不清究竟是引力變大還是因為加速上升造成支持力變大，愛因斯坦就把這兩者歸為等效。
這就是等效原理。
到這裡大家明白我講什麼嗎？
光線彎曲
就好像我們之前所講的狹義相對論裡面講的，如果是移動的太空船，對於靜止的人，他的光束落在的地方不同，這裡在廣義相對論裡面加進了引力，好像剛才的理論所說的，如果加速值和引力是等效的，那麼意思是如果在引力非常大的地方，它的時間會比普通引力的地方會過得非常的慢。
我們來看廣義相對論的方程式如何解釋引力導致時間變慢的理論，打個比方，M = 質量無限大的物體， 如果有兩顆不同的星球在離這個無限大質量的物體不同的距離，T1是遠一點的星球上的時間，而T2則是進一點的星球。
GM就是代表這個質量無限大物體的引力數值，而R就是離比較靠近星球的距離，C =光速。
它的方程式如下：

T2 = T1 √(1-2GM/c²r)
大家先不要覺得燒腦，你只需要以最簡單的數學來想這件事情就可以了。
2GM/C²r 必須大於一，如果√ 下面是負數，那麼是除不到的。
如果r需要大於1，那麼r就是距離必須要大過光速除於2GM（就是M的引力數值），那麼得出來的結果就是T2是小於T1，那麼意思是什麼呢？如果距離約靠近M，那麼它的時間就會相對的變慢。
如果剛好R = 2GM/C²r，那麼就是說結果會是√0，也就是T2 =0,那麼就是說在這個距離，對於其他人來說，這個星球上的人的時間是靜止的。
很神奇吧！

這裡就可以解釋道在星際效應裡面，為什麼他們去到接近黑洞的星球，回到太空船上面已經過了35年，以這個理論來說，如果人類接近在黑洞的引力邊緣，也就是再前一些就會掉進黑洞裡面永遠出不來了，對於其他人來說，你的時間是靜止的。那麼是否你在那裡就不會衰老了嗎？
以廣義相對論的方程式還有一個未解之謎，那就是如果在超過了黑洞的引力邊緣，那麼時間就會變成虛數，如果時間是虛數的話，那麼究竟在裡面會發生什麼事情呢？這個在電影裡面有假設，他掉進一個好像平行世界的空間裡面，而這個平行空間可以穿越過去和過去的自己對話。
回來我們說的時間，我們是以人類衰老的速度來衡量時間，還是我們的細胞對於引力的轉變變成停止衰老呢？還是引力加快了我們身體的新陳代謝？而減慢了我們衰老的速度？
我在上兩個平行世界的影片也有講過，現在我把三個影片關聯在一起，平行世界裡面可能會有另外一個我，如果量子可以同時存在在不同的時空裡，那量子時空的就有可能把兩個世界暫時連接在一起。像我之前在平行世界的影片裡面有假設：如果兩個平行世界的時間是不存在的，並沒有以前或是現在，而是只有快和慢的假設呢？
那麼以今天的這個廣義相對論，就可以解釋會否有比較快或比較慢的平行世界了，只要那個平行世界是越靠近質量無限大的物體時，那麼它的時間可以變慢，甚至靜止了。那麼平行世界的記憶重疊也可以用這集更加的完整解釋了。
如果這個讓你可以去到這個時間靜止的空間裡面，當時間是無限時，你會做什麼呢？那是否你回到地球時，地球早已過了100年呢？時間是單向的，並不可以穿越過去，而過去所發生的事情，就已經過去了。
在星際效應裡面，他進入了黑洞裡面，傳送到一個時間為虛數的五維空間，可以看到他以前的還沒去外太空之前的情景，還用引力和摩斯密碼來傳送黑洞裡面的量子質料和，和引導過去的他去到太空研究站等等。
到現在我終於比較明白這個電影了。
就算時間可以靜止，對於不會利用時間的人來說，還是一樣的。其實時間還是一樣在流動，只是兩個的物理上覺得不一樣而已。相同的，如果一個人很會利用時間來做有意義的事情，那麼它的時間才有價值。
時間可以忘記傷痛，可以改變一個人，也可以讓一個人成長，以前小的時候，就希望快快長大，當長大過後，就希望時間變慢一些，一年一年的過去，看到撫養我們長大的父母開始老了，你多麼希望可以把它們送到黑洞的邊緣，那麼我們就可以和父母一同老去，但是卻可能30多年不能看到他們。
無論什麼物理方程式都好，沒有什麼是可以敵過時間的，還是那一句，學會珍惜時間，珍惜和家人的時間，還有屬於你的時間。
好啦！今天就是平行世界的完結篇，原本只是想寫黑洞的原理，竟然湊巧的讓平行世界的兩部影片完整了，人生就是這樣，你永遠都不知道下一步會發生什麼事情，大家看完這平行世界的三部曲，有什麼希望我講的主題嗎？歡迎大家留言建議，我會試著做的。我們下個奇異世界見，Bye