日常用語中的蹩腳天文學(xué)

領(lǐng)先數(shù)光年

當(dāng)我還是一個小孩兒時，我喜歡天文學(xué)的原因之一是它所涉及的數(shù)字很大。就連最近的天體——月球，也離我們400 000^[1]千米之遙！我會躲在自己的房間里，辛辛苦苦地用紙筆把那個數(shù)字換算成各種不同的單位，比如英尺、英寸、厘米以及毫米。這事兒讓人開心，即使這么做會讓我看起來像個怪人。當(dāng)然，現(xiàn)在完全不同了。作為成年人，我使用計算機來做這件事，這個丑八怪比我孩提時代所能做的快100萬倍。

那些大數(shù)字里的確存在著樂趣。可惜的是，數(shù)字變得太大也太快。金星，離地球最近的行星，跟我們離得最近時也有42 000 000千米。太陽離我們平均150 000 000千米，而冥王星則遠在大約6 000 000 000（60億）千米之外。我們所知的離太陽最近的恒星——半人馬座比鄰星，也遠得出奇，遠在40 000 000 000 000（40萬億）千米之外。試著把它換算成厘米，你將需要很多個0。

繞開這些使用不便的數(shù)字有一個辦法。比較一下這兩個度量法：（1）我身高17 800 000 000埃，（2）我身高1.78米。很明顯，用方法（2）來表示我的身高會好得多。1埃實在是一個非常小的單位：100 000 000埃相當(dāng)于1厘米。埃被用于測量原子的大小和光的波長，而用到其他事物時則顯得十分笨拙。

關(guān)鍵在于，如果將單位轉(zhuǎn)換成很適合于你所涉及的距離時，就能讓事情變得簡單。在天文學(xué)中，那么大的單位并沒有幾個。但是有一個東西用起來很方便，這就是光！光跑得非常非?？欤识钡?9世紀(jì)才有人能精確測量它的速度。我們現(xiàn)在知道它大約每秒鐘跑300 000千米，是聲速的100萬倍！這也就不奇怪何以直到最近才有人能夠測量它。

因此，天文學(xué)家們使用光本身作為一個比較大的單位。阿波羅計劃中宇航員乘坐著行動遲緩的太空船花了3天時間才到達月球，而相同的路程，一束光僅花1.3秒就飛奔而至。因此我們說月球距離我們1.3光秒（lightsecond）。光到達太陽要用8分鐘，即太陽距離我們8光分（lightminute）。遙遠的冥王星距離我們6光時（lighthour）。

1光分或光時對于太陽系也許是有用的，但在銀河系的尺度上來說，它則是微不足道的。光在1分鐘的時間里跑得還是不夠遠。用于銀河系的計算時，你需要光年（lightyear）——光跑一年的距離。這是一個很長的距離，大約等于10萬億千米^[2]。比鄰星距離我們4.2光年；如果光在總統(tǒng)就職典禮時開跑的話，那么直到總統(tǒng)任期結(jié)束離開辦公室為止，也還沒能到達比鄰星呢！

光年是天文學(xué)家標(biāo)準(zhǔn)的量尺。麻煩在于它的名字里有個“年”字。如果對這個專有名詞不熟悉，你可能會認為它是個和一小時或一天一樣的時間單位。更糟糕的是，由于它是一個天文學(xué)名詞，人們會認為它是相當(dāng)長的一段時間，比如好多年。但它不是，它表示距離。

對它的誤用還不止于此?！邦I(lǐng)先數(shù)光年”（Lightyears Ahead）這個短語是一個常用的廣告口號，它被用來表現(xiàn)一個產(chǎn)品有多么先進，就好像超前它的時代。

我可以想象某些廣告總監(jiān)與他的團隊開會時說，將他們的產(chǎn)品說成是“比對手領(lǐng)先數(shù)年”并不足以展示它的品質(zhì)。廣告團隊的一位成員怯生生地舉手說道：“如果我們用‘光年’取而代之如何？”

我得承認這聽上去不錯。但它是錯的。更蹩腳的天文學(xué)就這樣誕生了。

還有更糟糕的：一位互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商甚至宣稱它“比常規(guī)的連接快數(shù)光年”。他們把它當(dāng)成速度來使用了！

毫不奇怪的是，好萊塢在這方面是一個真正的罪魁。例如在電影《星球大戰(zhàn)》第一部中，漢·索洛向歐比旺·克諾比（Obi Wan Kenobi）和盧克·天行者（Luke Skywalker）吹噓說，他能在“不超過12秒差距（parsec）”之內(nèi)飛越科舍爾航道（Kessel Run）。^[3]像光年一樣，秒差距是天文學(xué)家所使用的另一個距離單位；它等于3.26光年（這可能聽起來像是一個傻乎乎的單位，但它其實建立在以地球公轉(zhuǎn)軌道大小所做的三角測量基礎(chǔ)上）。^[4]漢的夸口就好像賽跑者說他們在8千米之內(nèi)跑了10千米賽程！真可謂不知所云?！缎乔虼髴?zhàn)》敏銳的粉絲們或許會注意到，當(dāng)漢說那句臺詞時，歐比旺痛苦地看了看他的臉。他可能對這位飛行員的狂妄自大吃驚不??；而我更愿意認為歐比旺知曉這個單位的含義。

如流星般升起

如果在晴朗的夜晚來到遠離城市燈光的地方，等待足夠長的時間，那么你就有機會看到流星（shooting star）。在英語中，它正式的學(xué)名叫作meteor（流星）。當(dāng)然，流星根本不是星星。它們是一些小石塊或是彗星在繞太陽運行的漫長旅程中從其表面蒸發(fā)掉的塵埃。有一些是小行星相互碰撞所產(chǎn)生的碎片。它們大多數(shù)都很小，一個普通個頭兒的流星大約只有一粒砂子那么大。

當(dāng)這些小家伙們在地球大氣層之外的太空時，它們被稱作流星體。它們像地球一樣繞太陽運行，有時它們的運行軌道與我們的地球軌道相交叉。一旦小碎片進入我們的大氣層，在穿過大氣的過程中產(chǎn)生的巨大壓力會使其溫度極大升高，它變得非常熱以至于發(fā)出光亮。這個發(fā)光體就被我們稱為流星。如果撞到了地面，就被稱為隕星。

這三個名字引起了不少混亂。當(dāng)流星體穿過地球大氣時會發(fā)光而成為流星，當(dāng)它撞到地面時則成為隕星。我有一次和一位朋友就流星在其行程的不同階段的稱謂發(fā)生了爭論。我說，當(dāng)它們撞到地面時就成為隕星。他問道：“假如它們撞到一座房子并且停留在二樓的話，該叫什么呢？”我反駁道，房子與地球直接相連，因此它仍然是一顆隕星。他反駁說：“如果它撞到一架飛機并停住了呢？”

我不得不抓抓腦袋結(jié)束了這個話題。當(dāng)飛機著陸時，它是一個隕星嗎？如果飛機墜落呢？在這個需要做出裁決的關(guān)節(jié)點上，我們被搞得頭暈?zāi)X脹，并且決定即刻出去尋找流星。這可能會挽救我們的友誼。

不管怎么說吧，流星旅行開始于太空并于隨后落向地球。它們引人注目地出場，亮閃閃地進入我們的視野，當(dāng)落入大氣層撞向地面時突然燃盡，發(fā)光的灰燼有時會在它們身后留下一條長長的尾巴。它們閃亮登場，然后逐漸黯淡。

言歸正傳，這里要說的是蹩腳天文學(xué)。有一天我讀一份大都市報紙，當(dāng)它提到一位俄羅斯官員“如流星般升起”在該國政壇時，我被逗樂了。當(dāng)然了，記者的意思是說這位官員橫空出世并迅速且令人矚目地上升到巔峰時期。不過，這個短語的真正意思正好相反：如果我們照字面上的意思來解讀，他應(yīng)該是迅速而耀眼地出現(xiàn)于政壇，然后又迅速在政壇銷聲匿跡。他可能會在身后留下點痕跡，甚至以一次相當(dāng)大的沖擊劃上句號！

月球的黑暗面

一天早上，我不幸地被電臺吵醒，當(dāng)時它正在播放歌曲《織夢者》（Dream Weaver）^[5]。我得承認，當(dāng)我還是一個孩子時，我一向很喜歡這首歌，但是正像我的一位朋友喜歡說的，“我們不必為自己15歲時所喜歡的歌曲負責(zé)?！睙o論如何，當(dāng)這首聽膩了的老歌再次唱起時，其中一句歌詞特別地吸引了我：“讓我飛離月球明亮的一面，并在月球另一面相遇?！?/p>

當(dāng)然，月球有明亮的一面，并且可以抵達。但如果保持不動，你在那兒最多只能呆上兩個禮拜。明亮的一面并不是固定的，而是隨月球的自轉(zhuǎn)而移動，黑暗的那一面也是如此。

從地球表面望去，月球似乎不像有自轉(zhuǎn)運動。它似乎總是向我們顯露同樣的容顏。實際上它的確在轉(zhuǎn)動，它每自轉(zhuǎn)一周也正好繞地球轉(zhuǎn)動一周。它的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)以這種方式相互配合，因此它總是向我們展露同一張面孔。我們稱這一面為月球正面。我們從未看到過的另一面被稱為背面。月球背面只有探測器以及曾繞月球飛行的宇航員看到過。由于它的遙遠與不為人知，月球背面已成為那些非常遙遠以及無人探究過的事物的同義詞。

問題是，人們把月球的背面與黑暗面混為一談。你幾乎從未聽說過“月球背面”這個短語，人們總是說“月球的黑暗面”。這一短語實際上算不得錯，只是不準(zhǔn)確。

跟地球一樣，月球也有自轉(zhuǎn)。地球每24小時自轉(zhuǎn)一周，因此，站在地球表面的人會看到太陽每天升起和落下一次。從地球之外望去，當(dāng)他或她處于地球遠離太陽那一面時，他/她就在地球黑暗的那一面。但是黑暗的一面并不是不變的！等待幾個小時，地球自轉(zhuǎn)就會將人帶回到陽光之下。此時，他/她處于地球明亮的一面。地球上并沒有一塊地方會永遠處于黑暗面。

同樣的情況也適用于月球，只是它的一天有我們地球上的29天之長。月球上的人會看到太陽升起兩個禮拜后才落下！既然月球一半在陽光下而另一半在黑暗中，從技術(shù)上說，月球有一個黑暗面，但這個黑暗面會隨著月球的自轉(zhuǎn)而變化。除了極點附近，月球上的某一點從處在陽光下到進入黑暗中的周期是兩周。

你會發(fā)現(xiàn)，月球黑暗的一面只是月球上處于夜晚的一面。它與地球上處于夜晚的一面一樣不是固定不變的。有時背面就是黑暗面，但有時也是明亮面。這完全取決于你在何時打量它。

有一張一直非常暢銷的音樂唱片是平克·弗洛伊德（Pink Floyd）的《月球的黑暗面》（Dark Side of the Moon）。它也許很流行，但從天文學(xué)上來說則黯然失色。

附帶一提，在這張唱片的最后有一段平靜的話外音：“月球沒有黑暗面，它其實是全黑的。”在一定意義上來說，這段話沒錯兒：月球其實完全是黯淡無光的，它只反射了照到它的不到10%的陽光。這使得它幾乎像板巖一樣黑！它看起來如此明亮，因為它完全處于陽光之下，因而有大量的陽光照射著。具有諷刺意味的是，即使阿波羅計劃曾6次登陸月球正面，也僅僅探測了月球表面極小的一部分。其實，就連月球正面也大部分尚未探測到，它依舊非常遙遠。

現(xiàn)在，誠實地說，月球上可能存在總是處于黑暗之中的區(qū)域。在月球的兩極附近有一些深環(huán)形山，它的四周邊緣很高。從這片區(qū)域看，太陽總是在地平線附近，就像在地球兩極附近的情況一樣。由于月球環(huán)形山可能很深，太陽也許總是被環(huán)形山的邊緣所遮蔽。陽光從未照射到此類環(huán)形山的底部！這些從未得到過陽光溫暖照耀的環(huán)形山底部有難得的冰的形跡。如果事實如此，那么它有兩大意義。一是冰可以用作拓殖月球時所需的空氣和水，而不必從地球上一路帶過來。這就節(jié)省下大量的資金、燃料，省去了諸多麻煩。

另一重意義是，“月球的黑暗面”其實是一個有條件限定的實情——只要你能探到環(huán)形山的黑暗底部！而我也許有必要開一個“不那么蹩腳的天文學(xué)”網(wǎng)站了。

量子躍遷

我們在前面討論過的廣告總監(jiān)，有時并不滿足于比他們的對手“領(lǐng)先數(shù)光年”。他們拿出的產(chǎn)品是如此具有革新性，將其他產(chǎn)品都遠遠地拋在身后。這是一個全新的產(chǎn)品，比領(lǐng)先數(shù)光年還要牛。如何去形容它呢？

有時他們說它相比于其他產(chǎn)品是一個“量子躍遷”。但是，真正的躍遷有多大呢？

物質(zhì)的性質(zhì)數(shù)千年來曾是一個謎（實際上現(xiàn)今仍然是）?，F(xiàn)代人往往傾向于認為，古時候的人并不像我們現(xiàn)在這樣聰明；事實與此相反，古希臘人建立了關(guān)于原子存在的理論。思想家德謨克利特（Democritus）推論說，如果你將一個石頭一劈兩半，然后再分、再分、再分，最終你會到達簡直不可再分的那一點。那個最小的部分他稱作一個原子，其意為“不可分”。

這個見識很有趣，但直到數(shù)千年后才具有根本意義。在更好的技術(shù)出現(xiàn)以后，我們得以研究這些微小的原子。起初，人們認為原子看起來像一個實心的小球，但是不久之后實驗就揭示了它由兩個獨立的部分組成——中間部分的原子核由被稱作質(zhì)子和中子的粒子構(gòu)成，外層的部分包含被稱作電子的粒子。模型顯示，原子看起來就像一個微縮的太陽系——原子核如同太陽，而電子則像小號的行星一樣繞原子核運行。

這個模型激發(fā)了科幻小說的靈感。在這些故事中，太陽系本身就是一個更大的物質(zhì)宇宙中的一個原子。這個概念其實只是一個模型，并非是要繪制成真正的實在圖景。不過，這一思想今天仍存在于許多人的頭腦中。

但是，這個模型被證明是不正確的。正是在20世紀(jì)之初，一門新物理學(xué)誕生了。它被稱作量子力學(xué)，以一些不可思議的理論為前提。其中之一是電子并不能自由選擇它們所希望的軌道，而是由它們與原子核的特定距離所限定。這些距離就好像樓梯的臺階。你可以站在最底層的臺階或者站在第二級或第三級臺階，但不能站在第二級半臺階上；這樣的位置是沒有的。如果你在最低臺階上并試圖到達第二級臺階，要么就要有足夠的能量以到達那個位置，否則就原位不動。

電子的情形與此相同。它們固守在其特定的軌道上，除非獲得足夠的能量跳到下一個的軌道上，即使是擁有跳到下一個軌道所需能量的99%也不行。要跳到下一個臺階，也就是下一級，就得不多不少正好達到所需要的能量值才行。這一跳躍就是人們所知的量子躍遷。

事實上，量子躍遷是一個極小的跳躍。這個距離小得難以想象，要用厘米的十億分之一或更小的單位來測量。

由此，你可以推斷出吹噓一個產(chǎn)品相比于其他產(chǎn)品是一個量子躍遷的廣告真是愚蠢，因為這意味著它僅僅領(lǐng)先0.000 000 000 01厘米！

你可能會驚奇地發(fā)現(xiàn)我對這一短語并無異議。我根本不認為這很糟糕！躍遷的真正距離可能很小，但這只是在我們的尺度標(biāo)準(zhǔn)上來說的。對于一個電子來說，從一個能級快速跳到下一個能級，這的確是一個量子躍遷。這個詞組本身與電子移動的絕對距離無關(guān)，更重要的是，它跳過中間空間并到達與它所在能級位置相去甚遠的更高能級位置，這是一個大跨越式的前進。

有時候人們說，如果某個事情很容易，這說明它正好就不是什么難事兒。但是在這個例子中，可能就是難事兒！

【注釋】

[1]準(zhǔn)確地說是384 000千米。——譯者

[2]準(zhǔn)確地說是9.46萬億千米。——譯者

[3]這是電影《星球大戰(zhàn)之新希望》（1977）中的一個情節(jié)。漢·索洛大談他如何駕駛飛船千年隼飛越科舍爾航道——這是離開科舍爾星球跳入光速之前必經(jīng)的一條危險通道?！g者

[4]我們在日常生活中都有這樣的經(jīng)驗：輪流用兩只眼睛分別觀察眼前的同一物體，就會發(fā)現(xiàn)被觀察的物體相對于遠處的景物似乎是在左右移動著的。同樣道理，如果在不同地點觀看同一目標(biāo)，會發(fā)現(xiàn)所觀看的目標(biāo)有著不同的方向。目標(biāo)越近、兩個地點相隔越遠，差別也就越大。這就是視差。在天文學(xué)中，恒星周年視差是因地球繞太陽公轉(zhuǎn)的周年運動而引起的。既然地球是在繞太陽運動的，那么在地球上觀察恒星就會因處于地球公轉(zhuǎn)軌道上的不同位置而發(fā)現(xiàn)它相對于遙遠星空背景的視差。三角視差法就是建立在此基礎(chǔ)上的一種測量恒星距離的方法，它所依據(jù)的原理是三角關(guān)系，以恒星的距離r為弦，以地球和太陽的平均距離（即地球公轉(zhuǎn)軌道半徑）d為最小邊，這個直角三角形內(nèi)的最小角π即為該恒星的周年視差。這樣，恒星的周年視差與恒星的距離之間存在的關(guān)系即為：sinπ=d／r。當(dāng)天體的周年視差為1″時，它與地球的距離被定義為1秒差距；秒差距是周年視差的倒數(shù)，當(dāng)天體的周年視差為0.1″時，它的距離為10秒差距，當(dāng)天體的周年視差為0.01″時，它的距離便為100秒差距，依次類推?！g者

[5]《織夢者》是加里·賴特（Gary Wright）1976年發(fā)行的一張單曲，是1976年美國《公告牌》（Billboard）雜志排行三周亞軍曲?！g者