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我們如何丈量世界?──從生活的單位看見科學的趣味

THE LONG AND THE SHORT OF IT: HOW WE CAME TO MEASURE OUR WORLD


活 動 6/25-9/5消費滿999,現折50、消費1200送三采創意提袋

定價:300元 
優惠價:79 237元    
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內容簡介

生活的單位=生活的歷史+生活的科學
2016年大受好評的「單位展」帶你從創意視角認識單位
這本書現在幫你補足各種「生活單位」的知識背景
「單位」除了很實用,而且比你想像中更有趣

1公斤到底有多重?1公升到底有多少水?
1秒鐘到底有多久?是翻過一頁書的速度,還是地球轉動0.463公里?
在使用單位之前,我們是否應該先了解單位,例如,1公尺為什麼是現在的1公尺呢?
我們總是丈量著周遭的一切,從拇指的寬度到腰圍的寬度,從交通工具的速度到時間的速度,從巧克力的價值到金錢的價值。度量對日常生活的影響比我們意識到的更大、更廣、更深。但是誰決定了我們的測量方法與準則呢?他們又是為什麼/憑什麼訂立了這樣的標準?
為什麼1分鐘有60秒而不是10秒?
1英里的距離有多遠,得看你從哪裡出發?
測量山的海拔高度還要看月分選日子?
為什麼穿著高跟鞋的女生比大象更危險?
我們早就習慣了生活中的各種單位,1公分就是1公分,1公尺就是1公尺,有什麼好研究的?如果你願意探究下去,就能從看似理所當然的事物中發現意想不到的趣味。至少,看完這本書,你不會再以為格陵蘭的面積和非洲一樣大了。

作者簡介

格瑞姆.唐諾 Graeme Donald
職業作家,出版過多本解釋歷史、單字意義以及流行誤解的書籍,並且為多家報刊專欄撰文。他在《今日報》(Today)撰寫單字起源專欄已超過十年,著有《當地球是平的》(When the Earth Was Flat)、《科學家的偶然》(The Accidental Scientist)、《利用廁紙學新知》(Learn on the Loo)等書。

作者序

引言
近至周遭環境、遠至廣濶宇宙,都充滿了各種可見或不可見的物質,而度量衡就是我們測量和理解這些物質的工具。不論你是要烘焙蛋糕還是駕駛波音747橫越大西洋,都需要精準掌握相關的時間、溫度以至材料用量等概念。生活,離不開度量衡。
早在遊牧時期,人們已經開始測量事物。測量土地促成了幾何學的出現;幾何學的英文geometry就是由希臘文的「ge」(土地)和「metria」(測量)組成。販賣穀物、以物易物,同樣需要測量貨物的重量。人體許多部位本身就是非常方便的量尺,例如以前人們用手掌寬度測量馬匹高度,「手掌」(hand)這個單位仍然沿用至今,不過已經標準化為4英寸。此外,拇指、腳板、從指尖至手肘的長度,以及雙手展開的長度,都可以作為測量工具。古代人應該曾經用石頭代表一定數量的穀物重量,所以現在才有「英石」這個英制單位。不過石頭有大有小,大小不一會影響測量,因此就有統一重量和容量單位的必要。隨著商業發展,人們開始僱用員工,為了確保雇員準時上班、按照約定的時數工作,測量時間也開始變得重要。
一如語言,各地本來都有自己的一套度量衡標準,但終究會逐漸趨向全國統一,因為人們需要對貨物大小和價格的認知一致,才能進行交易。本書大都使用公制和英制為標準,部分讀者可能會對此有意見,但這兩個度量衡制度的確是現行國際通用的標準。有些古老的異國單位可能連其國民也認不得,此書也自然不會討論。從前馬來語的重量單位「斤」(kati)算是一個例外,茶葉罐的英文tea caddy就是由此得名,但這些例子實在不多。
又有些單位,例如「伏特」、「安培」、「歐姆」,定義相當複雜,但其單位名稱的由來並無特殊故事,本書也不予討論。其他類似的單位如「帕斯卡」、「爾格」、「達因」和「標準大氣壓」,都是科學與工程領域的單位,平常生活中不易用到,因此本書也不處理。
很多標準單位的起源十分有趣。拳擊擂台之所以為正方形,因為最初是以四條馬車鞭相圍而成,其長寬等於馬鞭長度。網球場的形狀和面積源自古代莊園的庭院大小,其特別的計分制度則與庭院時鐘的形狀有關。至於傳統時鐘的形狀為什麼是圓形、旋轉方向如何決定,這些都與日晷有關;如果時鐘當初是在南半球發明,順時針的方向就會反過來。
歐洲鞋子尺碼的數字其實是大麥粒的數量;1英里是古代羅馬軍團士兵走1000步的長度;元素表的排列方式源自接龍遊戲;華氏溫標的0度原本是以1708年至1709年的但澤(Danzig,今位於波蘭的格但斯克)冬天的冰塊溫度決定,而華氏100度則是華倫海特(華氏溫標的創始人)妻子的腋下溫度。
我們早就習慣了各種單位,1碼就是1碼,1公里就1公里,有什麼好研究的?不過,一如生活中其他看似無聊的事物,當你願意探究其根本,將會發現更多意想不到的驚喜。

譯者簡介

薛浩然
澳門僑生,畢業於台灣大學中國文學系、中英翻譯學程,現居北京,從事語音識別方面工作。譯有《國際記憶冠軍的編碼器》等書。

書籍目錄

- 引言
- 第一章:高度、長度與深度:頭髮的寬度、英寸與英尺、尺寸差異釀成悲劇、拇指法則……
- 第二章:距離:第一個測量地球周長的人、英里與海里、有關地圖的誤會、星星之間的距離……
- 第三章:面積與體積:海德與百戶、土地繼承者、品脫與加侖、酒杯與酒桶……
- 第四章:重量、排水量與密度:靈魂的重量、身高體重指數、重力與重量、哈比……
- 第五章:日期和日曆:愚人節的由來、消失的日子、黃道帶、今年是哪一年……
- 第六章:時鐘與時間:高度影響時間、水鐘與沙漏、生理時鐘、當地時間與標準時間……
- 第七章:溫度:蟋蟀與溫度、溫度計的起源、被閃電擊中七次的人、彭巴效應……
- 第八章:聲與光:宇宙大爆炸、比光還要快、都卜勒聲光秀、把房子震倒的音量……
- 第九章:各種其他單位:聖誕老人物理學、女人和大象哪個更危險、黃金比例、不致死的死刑……

精采試閱

第二章:面積與體積

品脫和加侖
人從中世紀時期開始使用品脫和加侖,做為乾量或濕量的容量單位,並沿用至今。品脫起初的定義是這樣的:把嘴巴含著的飲料吐出來就是1口, 32口就是1品脫。人們會在盛滿32口飲料的杯上畫一條線,標記飲料高度。品脫這個字來自拉丁文pingere,意指「畫下」這個動作。
事實上,這種噁心的測量容量方法是很多英制容量單位的原型。不過在以下列表中,幾個龐大的容量單位是直接以品脫(32口)的倍數進行計算。否則,試想像測量1雪莉桶(32768口)的容量大小時,要是過程中一時忘了數到第幾口,那可真倒楣。在人們變得比較講究、改用湯匙為基本容量單位之前,中世紀的容量單位如下:
2口=1小杯(pony)
4口=1傑克(jack)
8口=1及耳(gill或jill)
16口=1杯(cup)
32口=1品脫(pint)
64口=1夸脫(quart)
128口=1波特爾(pottle)
256口=1加侖(gallon)
512口=1配克(peck)
1024口=1坎寧(kenning)
2048口=1蒲式耳(bushel)
4096口=1史特萊克(strike)
8192口=1庫姆(coomb)
16384口=1豬頭桶(hogshead)
32768口=1雪莉桶(butt)

公升
大革命後,法國人將1公升定為邊長10公分正方體的滿水量。他們認為這1公升的水應該有1公斤,不過當時並沒有考慮到水的純度和溫度,確使其維持在最大密度的狀態,所以正方體內的水實際上不足1公斤。加上當時法國科學院制定的1公斤參考原型失準,比現在的標準多了百萬分之二十八,導致1公升的參考原型變成1.000028公升。
1901年,國際度量衡大會決定糾正這個微小的差距,於是棄用10公分的正方體,選擇以攝氏3.98度(這個溫度的水到達最大密度)、在1大氣壓下的1公斤純水為1公升。
1964年,第十二屆國際度量衡大會重新採取1790年代的立方體公升定義,所以現在1公升的水重量仍舊不足1公斤,不過也相當接近了,並不會影響一般計算。值得注意的是,「公升」如今已經不是科學界會使用的單位用語,科學家多以「立方分米」稱之。

酒桶
以前裝酒的容器大小,第一要考慮能不能通過旅館和酒吧的大門。雖然英文barrel泛指所有用木造酒桶,但嚴格來說,這個字原本指的是容量36英制加侖/31.5美制加侖的木酒桶。
在法文中, 標準大小的酒桶稱為barrique,指的是容量225公升/396品脫的酒桶,設計成這個大小的原因與英國相似,也是為了方便進出舊巴黎的狹窄街道和酒吧門廊。酒桶既要容量夠大,又要夠窄,導致法國酒桶特別窄又長。革命時,民眾只要用路邊的鵝卵石裝滿酒桶,六個酒桶就可以架出路障,阻止軍方通過。
拿破崙三世對於軍隊處處難行的情況懊惱不已,於是在1853年命喬治歐仁・奧斯曼(Georges-Eugène Haussmann)改建巴黎街道,建立寬闊大街和道路系統,方便調動大批軍隊,酒桶再難以形成路障。我們今天能看到如此漂亮的巴黎街道,實在要歸功於法國的酒桶。


第六章:時鐘與時間

格林威治標準時間
很多人以為格林威治標準時間(GMT)是最準確的時間,其實不然。GMT的「M」是平均(mean)的意思。由於地球的軌道是橢圓,運行的速度並非永遠一致,皇家格林威治天文台測得的GMT正午,與太陽橫越格林威治子午線的時間可能有最多十六分鐘的差距。
GMT的計算方式是從一天正午到翌日正午,這種方式很不受科學家歡迎,因此在1935年,GMT就被以午夜劃分每日時間的世界時間(Universal Time)取代。1972年,世界時間進一步修訂成為世界協調時間(Coordinated Universal Time,縮寫為UTC),考量到地球的旋轉速度受引力影響而加入了閏秒機制;最近一次使用用閏秒的日子是2016年6月30日,是第三十六個閏秒。
1967年,科學家發現化學元素「銫」的震動頻率為每秒9,192,631,770次,並且以此作為測量協調世界時間的基準。現在的國際原子時是全球五十個國家的四百個原子鐘時間的平均值。由於地球的橢圓軌道導致不時會產生幾奈秒的差異,天文學和天體物理學界已經不再以一年為365.24天為準,而以銫元素的290,091,200,500,000,000次震動定義一年時間。

當地時間
時間是一個抽象概念,如果每個人都以中午太陽的位置來判斷時間,還真難得出一個標準。在這種情況下,要是政府能為全國甚至整塊大陸定下標準時間,的確可以省去很多麻煩。
舉例來說,俄羅斯橫跨十一個時區(從GMT+2至GMT+12),國內時差十個小時;中國境內包括五個時區,1949年中華人民共和國成立,規定全國以北京時間(GMT+8)為標準。就算是英國這樣小小一個島嶼,在1880年前還是沒有一個標準時間,「現在幾點?」可不是個簡單就能回答的問題。
十九世紀早期,絕大多數歐洲國家城鎮的時間都不相同,英國也不例外,大家都在自家後院觀察太陽在天空中的位置來判斷時間。當時很少人到遠方旅遊,而且馬車速度不快,沒有什麼時差問題,但火車問世之後,問題就出現了。
在英國境內,有些地方與GMT差上半個小時,當人們乘坐火車快速來往各地,就會出現時間不一致的問題。儘管各個鐵路公司統一以GMT為發車的標準時間,火車時刻表與各地時間的差異仍然造成混亂。
時間混亂的問題同樣影響1858年在英國多切斯特的一場法庭審訊,該場審訊預定早上10點開始,問題是法庭使用了GMT而非城鎮當地時間,導致辯方律師無法準時出庭,法官因此判決控方勝訴。後來這個判決被高等法院駁回,認為當地法庭應以當地時間為準,而不是古怪的鐵路時間(當時GMT是由大西部鐵路公司推行,因此人們經常稱GMT為鐵路時間)。
直到1880年,英國全國才正式採用GMT為統一時間。只有一個家庭例外,那就是英國皇室,他們使用的是比GMT早三十分鐘的「桑德令罕時間」(Sandringham Time)。

桑德令罕時間
由於英國皇室的男性成員都熱中於桑德令罕狩獵,因此皇宮內所有時鐘都調快了三十分鐘,讓眾王子有足夠的時間在日照下打獵。然而1936年,喬治五世卻因為這個時間差被提前「殺死」,皇室自此停用桑德令罕時間。
1936年1月20日晚上,喬治五世奄奄一息,皇室御醫伯特蘭・道森(Bertrand Dawson)擔心國王若無法「及時」駕崩,翌日早上泰晤士報就來不及宣布這個重大消息,如果用晚報公告國王逝世的消息,未免不夠大體。
道森醫生很清楚報紙最晚在什麼時間要決定頭版新聞,於是他在最後階段「送喬治五世一程」,替他注射了大量啡量,讓報章頭版能鄭重地刊登這則皇室訃聞。道森醫生在行動之前致電喬治五世的妻子,讓她通知媒體。問題是醫生當時看的時間是桑德令罕時間,比GMT早了三十分鐘。如果沒有這個時間差,道森醫生可能就不用多此一舉。


第九章:其他各種單位

聖誕老人物理學
根據人口資料局的最新統計,現在世界上約有20億個小孩,減去非基督教文化背景的人數,還剩下15%的小孩要在聖誕夜收到禮物。假設平均每個家庭有2.5個小孩,聖誕老人當晚就要跑9180萬個家庭。
把地球的自轉速度和各個時區計算在內,聖誕老人大概有31個小時可以送禮物,也就是說,平均每秒要送禮到822.6個家庭。他必須在千分之一秒內爬上屋頂、鑽進煙囪、送出禮物、吃掉餡餅和牛奶,屈指一算,他的移動速度是每秒1,046公里。
基督教家庭遍布全球各地,這意味著聖誕老人當天要走12,500萬公里的路程,在過程中吃下9,180萬塊餡餅、喝下4個游泳池的牛奶(假設每個家庭提供200毫升的牛奶),總共吸收20,655,000,000卡路里,體重上升2,950噸。如果他明年還要健康活著送禮的話,他所需要的運動量相當於繞地球走28,000圈。
每隻馴鹿平均重136公斤,如果每份禮物重1公斤,所有禮物加起來就有321,300噸,需要2,142,000頭馴鹿才能載得動。321,300噸的禮物以每秒1046公里的速度移動,會產生極大的空氣阻力,令跑最前面的馴鹿每秒消耗高達1,400萬的三次方焦耳的能量(難怪牠們的鼻子發紅)。  在這個情況下,所有馴鹿都會在1/4200秒內蒸發,留下聖誕老人獨自承受17,500的G力,讓他被1,957,258公斤的壓力壓在椅子上動彈不得。
每個靠近聖誕老人的人都會因為音爆衝擊而死,而且聖誕老人在第一次停下來送禮物時,就會因為減速太急而被彈到外太空!你說聖誕節是不是很好玩!

女人跟大象哪個更危險?
如果要比施加於地面的壓力,女人的高跟鞋絕對勝過大象的腳掌。
如果一位女性體重45公斤,她的鞋跟施加於地面的壓力就有315,000公斤力/平方公分。難怪希臘所有古蹟都禁止女性穿高跟鞋入內,其他國家的古蹟也有同樣的規定。
體重45公斤的女生,其鞋跟施加於每平方英寸的壓力足足是單腳站立的大象的12倍。當然,我不是說被大象踩到是小事,我只是想提醒你,就算踩著高跟鞋的是個嬌小玲瓏的女生,如果你光著腳被她的鞋跟踩到了,腳板馬上就會多一個洞。
如果你有辦法讓大象穿高跟鞋,它腳下的威力就無法想像了……

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