|
*** *** 女儿小学三四年级的时候，刚开始学会看小说的，我推荐了凡尔纳的《神秘岛》给她，她看到其中的'真太阳时’这个术语，就拿来问我是什么意思。 这个我还真就不知道，本来上网一查就能够知道了，可是转念一想就决定先不去查，自己去想出来，正好给女儿展示一下我的思维过程。 那时我很重视培养女儿的思维能力，但又不善于启发，于是我用一种笨一点的方法：展示，就是把自己思考一件事情的全过程，包括其中的元思维部分，原原本本展示给女儿看，给她一个模仿学习的范本，至于能够起到多少作用，就管不得了。 这样的展示机会也很难得，问题本身不能太深奥，用到的知识不能超越女儿的知识面。而且问题还得是我自己没有想过的，这样才用得上元思维，可以一边想一边讲出来，这样的展示才真实。 这次是一个好机会，我也是第一次听说真太阳时这个说法，同时我也感觉到这个问题不会太难。 怎么去想呢？所有的线索，就只有'真太阳时’这四个字。 因为时间过去了很久，我就不去还原当时和女儿之间的对话了，直接回忆我当时的思维过程，这个我印象还比较深，在回忆的时候，对元思维部分我用方括号表示出来，遇到我觉得值得说一说的地方，再解释一下。 【首先想一想什么是太阳时，凭感觉来看，那就是一种利用太阳来计时的方法，那是什么呢？】 日晷就是利用太阳影子来计时的工具，日晷计时就是太阳时吧？如果没有日晷呢，一天中就只有一次机会利用太阳来计时，那就是测量太阳影子的长度，早上太阳是斜照的，影子很长，随着太阳升起慢慢会缩短，到下午太阳西斜时又慢慢变长，由长变短再由短变长，这中间肯定会有一个影子最短的时刻，那就是正午时刻。 这些属于常识。 两个正午之间的时间间距，就是一天，把一天再做划分就可以得到时辰这样的单位，如果中国古代的时辰，是用日晷的刻度来确定的，那就是太阳时了。 这是实测太阳影子来计时的方法，应该属于真太阳时。 那么，我们就已经初步知道真太阳时这个概念说的是什么了。 【有真就有假，会不会还有一种'假太阳时’？我觉得应该有，只不过不一定是这样称呼，如果只存在一种太阳时，就用不着在前面加一个'真’来描述了】 【如果有两个太阳时，我们平时用的是哪一个？应该是'假’的那一个，如果我们平时就用的是真太阳时，那么假的那一个就没有理由存在了】 【如果是这样，我们就要弄清平时使用的计时方法是怎么回事，怎么会是'假’的太阳时】 连续几个元思维，就把已经大致知道了真太阳时含义的我，引向了更深入的思考。 我们平时用的是时钟计时，机械钟表用的是机械振动原理，电子钟表用的是电磁振荡原理，彼此的原理不一样，都和太阳没关系。 【难道我们平时用的不是太阳时？那么，钟表的一小时，又是怎么定义的呢？】 每一天正好有二十四小时，那么小时就应该是把一天的时间二十四等分得来的，既然天这个时间概念是用太阳定义的，那么小时，包括继续细分的分和秒，就还是属于太阳时。 【钟表时间的小时，也是太阳时体系内的时间单位，那么它是真太阳时还是假太阳时？肯定应该属于假太阳时，要不然就只需要一个太阳时了，因为我们平时用的就是钟表时，没必要再弄一个来画蛇添足。】 【如果钟表时间是假太阳时，那么正好是二十四小时的一天，也是假太阳时，反过来，真太阳时的一天，应该就并不是正好等于二十四小时，会多一点或者少一点】 一年有365天，钟表时间的中午有365个，日出日落有365次，因此正午时刻也是那么多，所以真太阳时的一年，应该和'假’太阳时的一年是一样长的时间。 所以，真太阳时的一天，并不总是比二十四小时多，也不总是比二十四小时少，应该有时多有时少，平均下来正好二十四小时。 【原来'假太阳时’就是真太阳时按一年的时间平均得到的？那么也许会称为'平太阳时’哟】 【真太阳时是不均匀的，每一天的时间长度不一样，这样用起来就不方便，和钟表时间不好对应，所以才用年平均的方法弄出来一个平太阳时，这么去理解就通顺了】 到这里，我对真太阳时是怎么回事，就更明白一点了。 【但这些都是我自己思考的结论，是一种猜测，如果我能够找到让真太阳时不均匀的原因，那么这种猜测就可能站得住脚，否则就可能是想错了，需要重新寻找思路，所以我还必须为真太阳时的不均匀想一个靠谱的理由，它为什么不均匀？】 【我知道日出日落的现象是地球的自转造成的，如果真太阳时的一天是不均匀的，是不是意味着地球的自转是不均匀的？】 地球的自转如果时快时慢，那么就需要存在一个动力来让它加速减速，因为地球质量很大，要在一年的时间里加速减速产生可以观察到的不均匀，这个动力会非常大，而且这个力还是一段时间向东，一段时间向西的，才会交替加速和减速。 想不出这么一个十分巨大还不断改变方向的力怎么来，所以说，地球的自转速度不均匀这个想法，应该pass掉。 【现在我面临两个可能，第一，我前面的思考出错了，真太阳时每一天的时间长度，是均匀的，但如果是这样，所谓真太阳时又是怎么回事？只需要一个计时体系就够了嘛。第二，除开地球自转，还有别的导致日出日落的因素，那就需要找一找】 【可以采用逆向思维，如果地球自转是导致日出日落现象的唯一因素，那么如果地球没有自转，太阳就会永远悬挂在天空的某个位置，但实际上会不会是这样呢？】 如果地球没有自转，那么在地球围绕太阳公转一周后，地球也应该会看到一次日出日落。 这个道理并不难明白，想一想摩天轮，你坐进座舱时，摩天轮中心轴在你头顶，转过九十度，中心轴在你前方，再转九十度，中心轴在你脚下，再转九十度，中心轴就在你背后了。 把中心轴想成太阳，把座舱想成只有公转没有自转的地球，你就能够明白为什么我说地球没有自转的话，一年里我们也会有一次日出日落了，或者说，如果地球没有自转，那么一年就是一天。 就是说，在一年365天时间里，地球的公转也会贡献一次日出和日落，那么一年里地球的自转要么是364周，要么是366周，这要看自转方向和公转方向的关系，不过这对我们正思考的问题不重要，跳过去。 也就是说，地球的自转周期，并不是二十四小时，而是二十四小时多四分钟或者少四分钟的样子，而这接近四分钟的时间差，是地球公转造成的。 【看来公转的因素也要影响真太阳时里一天的时间长度，如果单位时间里地球公转走过的角度是不一样的，也就是说它对真太阳时里一天的影响并不一直是一样的，这接近四分钟的时间，有时候长一点点，有时候短一点点，那么真太阳时的不均匀就找到理由了。】 地球围绕太阳公转的轨道是椭圆形的，即使地球在轨道上是匀速运动的，从走过的角度看也是不均匀的，时快时慢的。 在椭圆轨道上运动，运动的方向，和地球与太阳的连线直接，并不总是垂直的，因此太阳的引力不仅会让地球改变运动方向，也会导致加速和减速，这个是力学原理告诉我们的。 行星运动第二定律也告诉我们，行星在围绕太阳的轨道上运动，相同时间里走过的扇形面积是相等的，由于在椭圆轨道上，行星和太阳的距离是变化的，那么在面积相等时，相同时间走过的角度必然不同。 【上面的知识都告诉我们，因为地球是在椭圆轨道上围绕太阳运动的，单位时间走过的角度肯定不一样，因此真太阳时有充分的理由是不均匀的】 现在可以做结论了：太阳时中两个正午之间的时间间隔，由地球自转和围绕太阳公转两方面因素决定，其中相同时间里地球公转走过的角度，因为椭圆轨道的原因是不相同的，因此，真正按太阳角度定义的时间，每一天是不一样的，这样定义的时间就是真太阳时，而我们平时使用的钟表时间，应该是以一年的时间做平均等分得到的，这样使用起来才方便，不需要随时看太阳。 注意一下这个例子，这是一个探索未知知识的思维过程，它和解决具体问题的思维过程不一样，元思维不仅起引导作用，实际上它才是整个思维过程的主力，具体思维在这里主要扮演的是提供知识依据的辅助作用。 正因为整个思考基本上是元思维完成的，而元思维本身并不是严谨的逻辑思维，所以，思考的结论在可信度上是不够的，它需要验证。 在这个例子里，我得出的结论有一个推理结果：在一年中的不同时间里去测量太阳影子最短的时刻，按钟表时间来看是不一样的。 这就是一个可以验证的结果，做一个能够比较准确的测量太阳影子长度的仪器，就可以去验证了，实际上，我也的确自制了这么一个简易仪器，和女儿一起多次测量过，结果和预料的一样。 |
|
|
