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以时间之问,原来科学可以这么有趣

深圳读书会  · 公众号  · 深圳  · 2019-07-16 20:00

正文


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我们叫做开始的往往就是结束

而宣告结束也就是着手开始

终点是我们出发的地方

——艾略特





图:汪波老师读书会 分享现场


1



时间是什么?


时间是日升月落,时间是嘀嗒嘀嗒,时间是一去不返的流水,时间是捉弄人的小丑,时间是梭,时间是箭,时间是良药,时间是魔镜,时间是永恒的馈赠!却只有一次。


以上这段话来自《时间之问》的作者 汪波老师 。7月9日晚,于中心书城南区多功能厅,我们邀请到北京大学深圳研究生院助理教授汪波,从生物钟的节律讲起,带我们一同探索了时间的奥秘。


2



当你长期值夜班或长途飞行后倒时差,身体内部的节律与外部昼夜变化出现了偏差,身体就会产生严重不适:记忆力下降和内分泌水平失调。这是因为地球这台外部时钟会对人体内部的时钟产生决定性的影响。


图: 人体的昼夜节律



科学研究表明,人体的每个器官如肝脏、胃、肾等都有自己的时钟,甚至每一个细胞内都有一个几乎看不见的周期为24小时的时钟,它们决定我们什么时候困倦、什么时候血压升高等等。


图:人体的昼夜节律



上图表明,人一天中,凌晨四点半体温最低。


人的生物钟在哪里? “有一种东西叫生物时钟基因... 它们主要和视觉系统相关联... 下视丘的视交叉上核就在你视觉神经交叉处的正上方...”


视交叉上核,即双眼中间皮下4-5厘米的位置。


图:显微镜下的 视交叉上核


显微镜上看,呈现左右两瓣,像花生一样。这是一个非常小的器官,大概像一粒米那么大,中间包含了大概两万个细胞。这些细胞调节控制我们其他的器官。


除了视交叉上核,我们人体还有其他很多的生物钟。比如我们的胃钟、肾钟、肝钟等。


图: 人体生物钟


既然我们每个人都有生物钟,那这个钟准吗?就像我们戴的手表一样,过了一段时间需要去调整。对于人体来说也是一样,不准了就要去调。


此外,既然生物钟是一台时钟,它也有自己的嘀嗒声。比如,狼与羊相生相克,DNA与蛋白质相生相克,并且在时间周期内呈现周期波动。



3



我们为什么需要生物钟,汪波老师从以下几个案例为我们分享: 含羞草根据光线调节叶子的闭合;圣埃克.苏佩里的《小王子》里,小王子的星球特别小,一天可以看43次日落;地球,一昼夜24小时,不快也不慢;而在刘慈欣的《三体》中,一天完全没有规律。因此,生物钟是生命体的内在节律,具有提供时间处理的能力。


图:我们为什么需要 生物钟


老师还特别介绍了蓝细菌的生物钟。蓝细菌是一种单细胞生物,通过白天的光合作用,晚上的DNA复制,巧妙利用了时间策略,抵抗紫外线的照射,让自己生存下来。


汪波老师从生物钟的节律讲起,接着又讲到机械钟、石英钟和原子钟,它们都指向了看不见、摸不着的时间。时间以不同的方式渗透进了我们生活的方方面面,正所谓“百姓日用而不自知”。


在哲学以及文学艺术里,艾略特的诗句以及老子的《道德经》,其实也隐含着生物钟和机械钟的运行原理。


只有在时间之内

那些玫瑰花园的时刻

那些雨打紫藤架的时刻

那些雾霭笼罩教堂的时刻

才能被记起

才能与过去和未来相联系

只有通过时间

时间才被征服

——艾略特


又如《道德经》里的 “反者,道之动。” 反,是返回的意思,返回到它出发的地方,这是事物运行的本质。


另外一段话是:


天之道,其犹张弓欤?

高者抑之,下者举之;

有馀者损之,不足者补之。


上面这段话把天道比作弦绷在弓上射箭,射箭的时候,弦位高了就要压低一些,弦位低了就抬高一些。多出来的时候,就要加以减损,不足的时候,就要加以补足。



4



汪波老师的分享,让我们看到 知识的边界开始变得模糊,变得多姿多彩。历法和天文有关系,物理和历法又有什么关系?



一说到历法,大家会想到农历和公历。大家都知道,一年有365天,更准确一点说,即 1个回归年=365.2422天 。我们传统的一个月只有29天半,( 1个朔望月=29.53天 )。大家对这两个数据可能没有什么感觉,如果累加,发现29天半乘以12个月,则是354,也就是比我们正常的回归年少了11天。 那这11天哪里去了呢?


我们看下面这张图。



由此图得出一个结论: 春节提前11天;或立春延迟11天。


那每年春节提前11天,如何解决这个问题?


古人想出用闰月来解决,即当3年差了33天,每隔3年左右增加一个闰月,这样可以弥补误差。


闰月的设置,跟我们的春节有很大关系,我们的春节设在哪一天?春节有多久的历史了?


其实,早在西汉时期的《太初历》首次确定了春节的日期:

正月为岁首

无中置闰


而这一日期延续至今已经有 2000多年 了。



5



汪波老师分享说,当我们将目光投向头顶的星空,天文学也与时间紧密关联: 一颗脉冲星周期性地发出稳定的脉冲信号,我们可以将它当作宇宙中一台精准的时钟,作为未来宇宙航行的导航基准。



回到四百年前的明朝,世子 朱载堉 (明太祖九世孙)把目光投向音乐,在节气和音律之间建立了联系, 提出了世界上第一个平均律音律,解决了音律转调的大难题。 在这一音律体系内,演奏者可以在任意个八度内弹奏乐曲而不必担心走调,这成了当今世界最主要的音律体系,而全世界千万架钢琴的调音也离不开这个音律规则。



最后,汪波老师分享了一个小故事:假设有一天,在希腊的一个学园里,柏拉图邀请了一群人清谈。


只见柏拉图开口讲话道:


诸位,你知道世界上最大的容器是什么吗?


底下的人窃窃私语,在一片交接声中,柏拉图说, 是时间。万事万物都在时间这个容器里。


这时,她的学生亚里士多德说, 时间并不是一个存在,时间总是与运动相关联,没有运动则不会有时间,但运动和时间不相等同。


另一个学生芝诺说, 时间只是一种幻觉……


回到开头的那个提问: 你觉得时间是什么呢?



汪波老师让我们看到,脱去枯燥的外衣,原来科学可以这么有趣。天文、数学、诗词、文学、音乐、生物学、物理、信息技术等,看似毫不相干的学科,在时间里却是如此融洽和相通。









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