是什麼推動大航海和工業革命,GPS是怎麼定位的,本文科普一下

前幾天一直在講《我們如何走到今天》這本書,今天索性把它說完。

是什麼推動大航海和工業革命,GPS是怎麼定位的,本文科普一下

時間

時間

時間一直是一個神秘的存在,似乎觸手可及,你盯著任何一個電子錶都可以清楚地看到它一分一秒地在流逝,但它似乎又如此難以捉摸不可衡量。

1 、精確計時

擺鐘

在如何計時這件事情上,可以說人類社會的發展和計時方式是相輔相成的。

最初我們通過觀察天體的運行計時,後來出現了日晷等相對簡易的計時工具。那時候人們的生活也不需要爭分奪秒,因此對於這些原始計時工具帶來的計算誤差,人們也不甚在意。

直到哥倫布引發大航海時代的到來,在海上航行要確定所在經度需要用到兩個鐘錶。

一個表定好原點的時間,另外一個表則記錄下你在海上某個地點的當前時間,兩個時間的差異就能告訴你現在所在的經度位置:每差4分鐘,翻譯過來就是經度的1°,也就是赤道上的68英里。

因此提升鐘錶的精確度被視為當務之急,各國提供賞金,鼓勵人們想辦法解決確定海上經度的問題。

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擺鐘

這時的伽利略回想起自己19歲時,觀察吊燈擺動得出的結論:單擺擺動所需的時間,和它擺動的幅度大小及擺的質量無關,只要擺長不變,單擺來回擺動一次的時間相等。

在兒子的幫助下,伽利略起草了第一個擺鐘的設計方案。到了下一個世紀末,擺鐘在歐洲已成為隨處可見的事物。

精確計時的鐘表極大地降低了全球航運網絡的風險,為最初的工業家提供了源源不斷的原材料供應,同時為他們打開了海外市場。

鐘錶的精確計時也為後來工業革命需要重新調整工作日,計算工作時間等需求提供了可能。可以這麼說,如果沒有精確的計時方式,工業革命將難以展開。

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手錶

在19世紀60年代初,阿倫·丹尼森想出拋棄傳統懷錶的珠寶飾品的主意,製造出更便宜的手錶。

到了1878年,一塊無配飾的丹尼森手錶僅售3.5美元,它把手錶變成了面向大眾市場的計時工具,而不僅僅是有錢人的奢侈品。

石英鐘

時間測量的奇特性在於它並非簡單地屬於某一門單獨學科。從日晷到擺鐘的轉換,依賴於從天文學到動力學的轉換,而時間的下一次革命則依賴於電動機械學。

19世紀80年代,皮埃爾·居里和雅克·居里發現了石英內部的壓電效應。石英是一種革命性的材料,受到外力的作用,這些晶體能夠以極其穩定的頻率振動,當給晶體通上交流電時,這種現象更為明顯。

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石英鐘

1928年,貝爾實驗室的W·A·馬裡森根據這一現象建造了第一座石英鐘,計時精確度被提高到微秒級別。

石英鐘的出現使現代計算機芯片的誕生成為可能,計算機的微處理器需要每秒進行幾十億次的計算,如果沒有石英鐘精確到微秒的計時,現代計算機就只是一堆廢鐵。

原子鐘

20世紀初,尼爾斯·玻爾和維爾納·海森堡等科學家率先發現了原子。

玻爾在隨後對銫原子的研究中發現,圍繞銫原子的電子在運動過程中有著令人吃驚的規律性。

電子不受山脈或潮汐的干擾,拍打出的節奏在穩定性上比地球自轉的穩定性都要高出幾個數量級。

隨後,首批原子鐘在20世紀50年代中期誕生,它們使我們的計時可以精確到納秒級別,精確性是石英鐘的1000倍。

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原子鐘

現在,在我們頭頂的近地軌道衛星上有一組24座原子鐘組成的網絡。

當你拿出手機查看自己的位置時,這些原子鐘就會向你發送時間戳,因為這些衛星在預測位置上近乎完美,只要通過對三個不同時間戳的三角化處理,你的手機就能夠計算出自己在地球上的確切位置,這就是GPS(全球定位系統)的運作原理。

2、時間制度

工業革命興起後,火車開始來往穿越不同地區的時候,時間標準不統一的問題就出現了——沒有統一的列車時刻表可以讓不同地區的人們都準確無誤地趕上火車。

英國人解決了這一問題,他們在19世紀40年代末,通過電報同步鐵路鐘錶,將全國時間統一為格林尼治標準時間。

至1884年,格林尼治標準時間被確定為國際標準時鐘,整個地球被劃分為不同時區,世界開始掙脫太陽系天體節律的束縛。

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時差

3、年代測定

19世紀90年代,瑪麗·居里第一次提出輻射不是分子之間的某種化學反應,而是原子固有的某種性質。

她的研究引起了她丈夫皮埃爾·居里的注意,隨後,他們共同發現,放射性元素以恆定的速率進行衰變。

例如碳14的半衰期為5730年,將一些碳放上5000多年,你會發現它損耗掉了一半。

如今碳元素測定法被用來測定物質的年代,而半衰期為13億年的鉀40則被用作測量地質時間,由此,對於人類在整個地球上的史前遷徙,我們獲得了大量的知識。

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碳元素

4、哲學命題

絕大多數鐘錶都致力於測量當前的時間——現在幾點了?

但在鐘錶世界,也有反其道而行的同類。比如“今日永存基金會”設計建造的萬年鍾。

萬年鍾每年走一次,世紀的指針每一百年前進一格,千禧年到來的時候,布穀鳥會出來報時。

據介紹,花費力氣建造這樣的萬年鍾,是為了讓我們用另一種觀點來看待這個世界——如果我們人類建造的一座鐘可以走10000年,那麼我們是否應該確保我們的文明也可以延續相同的長度?當我們想象10000年後的後人時,我們現在的所作所為是合格的祖先該做的嗎?

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萬年鍾

1、照明

人造光的出現極大改變了人類的夜晚和整體生活習慣,自從10萬年前人類學會了如何控制火,這一最初的技術就已誕生。

巴比倫人和羅馬人曾經發明瞭油燈,而在後來近2000年的時間裡,直到工業革命的曙光出現,蠟燭一直是室內照明的主要工具

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蠟燭

從神職人員和貴族才用得起的蜂蠟蠟燭,到普通人用的牛油蠟燭,再到取自抹香鯨大腦的鯨油蠟燭……

動物油一直是做蠟燭的主要成分,直到我們發現了石油,煤氣燈和煤油燈開始成為更明亮穩定的光源。

真正的革新,在於電燈泡的出現。

我們現在常說電燈泡的發明者是托馬斯·愛迪生,其實從電燈泡這項事物本身來看,說愛迪生獨立發明了燈泡顯然是與事實不符的。

當時研究燈泡的人有很多,而愛迪生的成功不僅在於他強大的公關能力和對細節精益求精的追求,更在於他對燈泡實用性的落實。

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燈泡

造出燈泡兩年後,愛迪生的公司已經開始為曼哈頓下城區整個珍珠街供電,點亮了整個街區。

燈泡只是一個產品,要讓它成為可靠的家用電器,還需要有穩定的電流、一個將電流分配至社區的系統、一種將單個燈泡連接到電網的機制,以及一個測量每家每戶用電情況的計量表。

這才是愛迪生“發明”電燈泡的故事的真相。

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燈泡

2、閃光攝影術

閃光攝影術的發明故事可以追溯都19世紀60年代。

在探訪吉薩金字塔的過程中,學者查爾斯·皮亞齊·史密斯為了拍攝出黑暗中的墓室,第一次將鎂和火藥混合在一起,造成一次可控的小型爆炸,剎那間照亮了整個國王墓室的牆壁,使他能夠捕捉到墓室的秘密。

而直到德國科學家阿道夫·米特和約翰內斯·蓋迪克將上等鎂粉和氯酸鉀相混合,形成一種極為穩定的混合物,能夠在低光條件下拍攝高速快門照片,閃光攝影術才逐漸成為一種被人們看得見的技術。

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閃光燈

他一直致力於向外界報道曼哈頓貧民窟令人震驚的生活狀況。此前他曾發過篇相關報道,但影響力始終微乎其微。

直到里斯組建了一個攝影愛好團隊,一起實驗閃光攝影術,將這些昏暗房間裡擁擠而充滿苦難的生活圖像拍攝下來,發表在自己的暢銷書《另一半人怎麼生活》中,這些圖像所反映的貧民生活開始受到關注。

隨著書籍的出版,里斯帶著這些作品進行全國演講,社會輿論對貧民生活的關注最終促使紐約州的《廉租住房法》出臺,這也同時為美國社會改革拉開了序幕。

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攝影

3、激光

從《星際迷航》到《星球大戰》,早期的科幻小說裡採用集成光射線的武器似乎成為先進文明的標配。

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激光

而我們現實世界的激光直到20世紀50年代末才真正出現,又過了20年後,它們才進入我們的日常生活——但並沒有以武器的形式,而是作為條形碼的掃描器。

使用條形碼帶來的高效率讓連鎖商店能夠毫無壓力地快速發展為超級商場。

另一邊,在加利福尼亞州南部的國家點火裝置則是由一群科學家建造的全世界規模最大、最高能的激光系統,科學家們正利用激光探索能與太陽相當的可持續清潔能源。

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激光

往事不可追,但尤可回味

日常生活瑣碎的細節往往令人執迷。焦慮的時候、痛苦的時候,看看頭頂的星空,想想這千迴百轉的人類文明,一次又一次的轉折、革新、創造,偶然恰逢著必然。

以史為鑑,可知興替。

從農耕時代到工業時代再到信息時代,我們走過了漫長而傳奇的一程,新的技術、新的發明、新的科學和人文思想、藝術浪潮都不免激起我們湧動的熱血。

往者長已矣,下一段歷史換我們來寫,你會想記住哪些事情。

題外話:讀書可以擴充我們知識邊界,獲得更多看問題的視角,但盲從是要不得的...

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