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没有卫星,没有激光,古人是怎么算出光速和地球大小的?

在这个大型强子对撞机寻找“上帝粒子”、韦伯望远镜窥探宇宙尽头的时代,我们往往会产生一种错觉:科学,是一件昂贵、复杂、只有

在这个大型强子对撞机寻找“上帝粒子”、韦伯望远镜窥探宇宙尽头的时代,我们往往会产生一种错觉:科学,是一件昂贵、复杂、只有靠数十亿美元的设备才能完成的事情。

但在人类历史的绝大部分时间里,我们没有任何高科技。我们只有眼睛、耳朵,和那个重约三磅的大脑。

然而,就是靠着这些最原始的工具,人类依然做出了最惊人的发现。

今天,我想和你分享两个“极简科学”的故事。

它们会告诉你:最伟大的洞察,往往来自最简单的工具和最极致的好奇心。

一根棍子,量出了地球的腰围

那是2200年前,地点是古希腊的亚历山大图书馆。馆长埃拉托色尼(Eratosthenes),收到了一封来自南方城市赛印(Swenet)的信。

信里提到了一个奇怪的现象:在夏至那一天的正午,赛印的一口深井里,阳光可以直射井底,没有任何阴影。这意味着,太阳正悬在头顶,垂直照射。

但这并没有让埃拉托色尼感到惊讶,真正让他“脑洞大开”的是:他知道,在同一时刻,在他所在的亚历山大城(位于赛印以北),垂直插在地上的一根棍子,却是有影子的。

为什么同一个太阳,在同一个时刻,一个地方没影子,另一个地方却有影子?

答案只有一个:地球是圆的。(别信哥伦布发现地球是圆的鬼话,那是常识)

埃拉托色尼没有止步于此。他测量了亚历山大那根棍子的影子角度——7.2度。

这是一个简单的几何题:如果两座城市的距离,对应着地球圆周的7.2度,那么只要知道两城的距离,就能算出整个地球的周长。

7.2度,大约是360度的1/50。

两城距离是500英里。

500乘以50,等于25000英里。

这个结果,与现代卫星测量的地球周长,误差不到1%。

一根棍子,一个影子,加上一点几何学,他在2200年前,就“拥抱”了整个地球。

一个齿轮,捕捉了光的速度

时间快进到1849年,巴黎。物理学家阿尔芒·菲索(Armand Fizeau)想挑战一个困扰了人类几千年的难题:光,到底有多快?

在他之前,伽利略曾试图用两盏灯来测量,结果彻底失败,因为光实在太快了。

菲索没有电子计时器,没有光电二极管。他只有一个看起来像玩具一样的东西——一个有齿的轮子。

他在5.5英里外的地方放了一面镜子,然后让一束光穿过齿轮的齿缝,射向镜子,再反射回来。

当齿轮静止时,光线原路返回,穿过同一个齿缝,被他看到。

但当齿轮开始高速旋转时,神奇的事情发生了:光线似乎变暗了,甚至消失了。

为什么?因为光线在往返那11英里的路上花了点时间。当它回来时,原来的齿缝已经转过去了,挡在它面前的,是一个齿。

菲索通过齿轮的转速、齿数和距离,计算出了光的速度。他的结果,与现代数值的误差仅为2%。

一个齿轮,一面镜子,他在170年前,就“追上”了宇宙中最快的东西。

科学不是一个封闭的黑盒子,而是一片开放的田野

埃拉托色尼和菲索,他们没有什么神力,他们和我们一样,都是由水和蛋白质构成的普通人类。

他们唯一的不同,只是多了一点点好奇,多了一点点“想搞清楚这是为什么”的执着。

理查德·费曼(Richard Feynman)小时候问父亲:“为什么拉车时,球会滚到后面?”父亲告诉他:“这叫惯性。但这只是个“名称”,没人知道它到底是什么。”  这句话,开启了费曼一生的探索之旅。

所以,不要觉得科学离你很远。

当你下一次看到影子、看到闪电、或者仅仅是看到一个球滚向车尾时,试着多问一句“为什么”。

那一刻,你就在改变你看待世界的方式。而这,就是改变世界的开始。