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张九庆
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创建时间: 2008-07-07
最后更新时间: 2015-01-14
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日  志

奇妙的数量

作者:   分类:生活随笔及其他   Tags:科普   浏览:2268次   回复:0次  
发表时间:2009-01-21 21:25:00

 

奇妙的数量
 
在很小的时候,我们就习惯于通过数量来认识和比较身边的东西,如几辆玩具车的大小和它们运动的快慢;我们多大了,热不热、冷不冷;等等。我们甚至不曾设想过离开数量的世界会是个什么样子。其实,世界就是世界,它客观地存在着,数量不过是自我们的祖先起始的人类为了认识、比较和描述世界,为了交流,而采用的方法。然而,数量却真得很神奇,没有数量的世界连在一起,难解难拆;一用上数量,世界便清晰起来了。好像我们学会使用的数量越多,世界便越清晰了。科学家们也通过数量来描述自然界中的各种物质的性质、状态,如宇宙的尺寸、元素的半衰期、电子的质量、大气的温度…
在这里,我们从以人体为例,先来粗略地游览一下科学中的各种奇妙数量。
我们的生命来自于父亲的精子与母亲的卵子结合而成的受精卵。受精卵到8周之后,胎儿性别确定;24周后,胎儿长成人形;280天后,胎儿成熟,我们来到这个世界上。孔子用时间叙述了他的一生经历与感悟:吾十有五而志于学,三十而立,四十而不惑,五十而知天命,六十而耳顺,七十而从心所欲不逾矩。”
刚出生时,我们的平均身高是50cm,平均体重是3.5kg。随着生命的成长,我们的身高和体重都会发生大大小小的变化,直到长达成人。男性的平均身高大约为175cm,平均体重为75kg;女性的数值要比男性的数值小一些。有些个头很高的人可能超过2.3米,个头矮的人可能不到1.3米;肥胖的人体重可能超过300kg,瘦削的人体重可能只有30kg。在科学上,人的身体的过高过矮或者过轻过重都可能是病变或者基因功能紊乱所致。
一生中,我们每个人的体温却基本上保持36~37℃不变,因为我们是恒温动物,这既区别于两栖、爬行类动物越冬时的低体温,也区别于禽类的高体温,除非我们得了病,例如高烧时体温会达到42℃。
日常生活中,我们平均每天需要的水量为2500ml即139摩尔的水,平均每天大约消耗8000焦耳的热量。如果每天摄入的热量过多,会导致肥胖。除了水分和热量,我们的身体还需要补充足够数量的维生素和微量元素。
在晚上,如果我们使用40瓦的白炽灯照明,流过这只灯泡的电流不到0.2安培,所产生的光通量为每平方米2600坎德拉。到了深夜,我们安然入睡,周围的声音不超过30分贝。令人担忧的是,过分炫目的光和嘈杂的声音已成为新的污染,干扰着我们的正常生活。
在自然科学中,量度物质的属性或描述物质的运动状态的各种数量值,叫做物理量,如长度、质量、时间、温度、速度、密度等等。在很长一段时间里,计量这些物理量的标准是区域性的,而且与我们直接接触到的事物为依据。例如,长度用人的手臂或者脚步来丈量,时间根据日月星辰的变化来计算,重量用人或者动物的载重来测量。随着人与人交流的增加和科学技术的发展,物理量及其计量标准的统一得以实现。
然而,数量的使用震得越多越好吗?过多使用的数量真的使我们的苦额更清晰了吗?不是。数量太多也不行,会使各种计量发生混乱,而且也不利于对规律的发现。目前,国际上确定了七个基本物理量和它们的基本单位,它们是:长度(米,m);质量(千克,Kg);时间(秒,s);电流(安培,A);热力学温度(开尔文,K);物质的量(摩尔,mol);发光强度(坎德拉,cd)。每一个物理量都有科学上的标准定义。其他的物理量都是按照它们的定义由基本物理量组合而成的,称为导出量,例如速度的单位为“m/s”,密度的单位为“kg/m3”。
“数量中的科学”这套丛书,以与我们普通人关系密切、在日常生活中常用到和体会到,或烤日常经验能够比较好地理解为标准,选择四个基本物理量—长度、质量、时间和温度为主题,通过对自然科学中大到宇宙星系、小到亚原子世界之间的各种事物的数量及其相关知识进行描述,《奇妙的长度》、《奇妙的质量》、《奇妙的时间》和《奇妙的温度》这4本书。
大千世界,如果不加选择,我们就会淹没在数量的海洋中。本套丛书对纳入的数量的选择,首先考虑的是这个数量的典型性和特殊性,关注这个数量所能涵盖的科学知识及所涉及的科学事件、人物以及最新的科学进展。这样,我们对科学的介绍不再只是枯燥的数据和单调的知识,而使科学涂抹上历史的烙印和动态的色彩, 使这个数量具有故事的趣味性。不仅如此,我们在关注科学层面的量值的同时,也适当地介绍一些社会、经济等层面的相关知识,而且辅以相应的插图(照片、图画和表格),使这些科学数量变得丰富、生动和简洁。在我们这个赌徒的时代,恰当和精美的插图能够提供媲美文字的信息量。
  尽管英国诗人布莱克有诗云“一沙一世界,一花一天堂;掌中握无限,瞬间成永恒。”说明从一个具体的事物出法,我们就可以把握变化无穷的时空。但是,对事物的全面认识还需要系统的科学知识。
这套丛书力图为读者认识自然界、认识科学提供一条路径、一种方法,或者一个视角。如果在阅读完相关数量的知识和故事之后,能激发读者进一步探索科学世界的兴趣,编者的目的也就达到了。
(这是笔者主编的科普读物《数量中的科学》丛书的总序。该丛书包括《奇妙的长度》、《奇妙的质量》、《奇妙的世间》和《奇妙的温度》4本,由北京理工大学出版社2009年1月出版。非常遗憾的是,由于出版社方面的疏忽,5位执笔人赵庚新、朱宇、袁崇焕、张九庆、王士泉的名字未能出现在书中。)