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變“尺度”時空觀

   變“尺度”時空觀
   (2008-8-24)
   空间有不同尺度,如“分子尺度”、“細胞尺度”、“人類尺度”、“地球尺度”、“太陽系尺度”、“銀河系尺度”等等。
   时间也有不同尺度。我们现在最多能活100多年,100多年相当于31.5億秒。可以說,我们能直接感知的时间在1秒到30多亿秒之间。菲爾普斯在北京奧運以0.01秒之差贏得“男子百米蝶泳”金牌,我們無法依靠感覺直接感知0.01秒。地球形成已有46亿年,相当于一個人壽命的5000萬倍。秒、小時、日、月、年、十年、100年、1000年、10000年、地質紀就是時間尺度。
   

   
   我们今天还很难形成一千年、一万年、地质纪时间变化的直接感觉,靠我們的感官也很難直接感知各種全球性的現象,如“洋流”、“金融風暴”、“太陽磁爆對地球的影響”。我们能看到天空中的闪电、能直接感觉到树木的生长,但不能感觉到长江、尼罗河、亚马逊河三角洲的形成。从数学上看,天空中的闪电、树木的生长、三角洲的形成都是同一类现象,它们是在不同“时间尺度”下的、具有“分支点”的系统。松树、垂柳、白杨、山毛榉的基本形状由它们的遗传基因决定,但每一棵树的树枝如何伸展,每一树枝上何处发芽,是由种种偶然因素造成的。闪电、三角洲的形状也是由种种偶然因素造成的。如果把时间尺度放慢一万億倍,一个闪电就会象一棵树那样缓慢生长。如果把时间尺度放慢一万億倍的一万倍(或更长),那么,一个闪电过程就会象一条大河形成一个三角洲那样地缓慢。
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   (圖)闪电、树木和三角洲:具有“分支点”的系统
   
   闪电的形成、树木和三角洲的生长都是演化过程。
   
   
   在不同的空间尺度和不同的时间尺度內,存在着各种各样的演化过程,有进化、有退化、也有循环变化。如果变换时空尺度,我们观察到的演化过程就会不同,这就是“变尺度时空观”。我们以平常的时间尺度观察周围世界,可以看到一个国家的经济发展和政治变化,看到技术的进步,但不易看到一條大河的三角洲的形成和演化,看不到印度板块向欧亚板块的“俯冲式”移动,看不到喜马拉雅山和青藏高原如何崛起。全球性的气温变化,要以千年为“时间尺度”才能比较明显察觉出来。最近一万年以来,每隔一、二千年,地球上的气候有冷热的小幅度波动。4000年前至2000年前,气候转冷,接着升高。从公元第二千纪中期到十九世纪末,由于出现小规模冰川推进,全球气候变冷,比现在气温约低摄氏2度。二十世纪,全球气候变化的趋势日益明显。燃烧煤、石油、天然气,使大气中二氧化碳急剧增加,这是二十世纪全球暖化的原因之一。 以千年作为时间尺度,还能观察到全球气候的小变化。地球表面气候的中等幅度和大幅度波动,一般要以数万年、数亿年作为时间尺度才能察觉出来。
   
   
   “地质纪”就是考察地质变动的一种时间尺度。每一个“世纪”都是一百年,每一个“千纪”都是一千年。“地质纪”长短不一。距今5亿7000万年的“寒武纪”长7000万年。距今1亿9000万年的“侏罗纪”长5400万年。离现在最近的一个“地质纪”成为“第四纪”。“第四纪”开始于250万年前,现在仍属地质学上的“第四纪”。在地质学上,地球表面覆盖着大量冰川的时期,称为“冰期”;两次“冰期”的间隔,气温上升,成为“间冰期”。在“第四纪”中,出现过多次“冰期”、“间冰期”的循环。每隔8至10万年,全球气候会有一次中等幅度的变化,这时,海平面发生明显升降,海陆分布发生变化。北欧一次“间冰期”时,由于海面上升,波罗的海从芬南湾向东南扩展了200公里。气候变化还会引起动植物的迁移,生物带分布的变化,甚至生物的大规模绝灭。恐龙就是在6500万年前由于气候巨变而消失的。
   
   
   空间中的每一个层次都在发生演化,只有在一定的时间尺度下,才能观察到一定空间层次的演化。达尔文在150年前提出“自然选择”的进化论,之所以争论不断,其中一个原因是我们没有象“望远镜”、“显微镜”这样的“时间—空间压缩镜”,而只能用平常习惯的“时间尺度”去想像地球史上数十亿年的变化。空间可以放大、缩小。时间和空间一样,也可以放慢、“放”快。当我们有了适当的“时间工具”后,我们就可以象运用“望远镜”、“显微镜”那样,很容易看到空间中更多层次的演化,包括进化、退化和循环变化,看到分子进化、生物进化、人类的社会进化和思想观念进化。
   (摘自嚴家祺:《廣義物種起源》§12•1,《廣義物種起源》一書將在2009年出版)

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