书城科普读物地球年龄知多少
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第64章 电子在能级之间跃迁的时间

人们常用“一眨眼的工夫”来形容时间的短暂。根据测定,人类每次眨眼的时间约为0.4s,这确实是一个非常短暂的时间间隙,但却远不是最短的。利用每秒可拍摄连续上百万幅甚至拍摄数亿幅画面的超高速摄影机以及最新的测量仪器,科学家们了解了许多在很短的时间内发生的科技与自然现象。

例如,为A到中C定调的调音叉振动一次的时间为0.25s,一次闪电的整个持续时间约0.2s,人类的耳朵分辨声音的时间为0.1s;蜜蜂拍打一下翅膀的时间约为5ms,月亮每年环绕地球一圈的时间要延长2ms,普通照相机的最短曝光时间为1ms,2006年发现的118号元素在衰变前的存在时间只有0.9ms。

人能够听到的最高频率的声音周期为33μs,CD音乐的采样间隔为22.7μs,炸药在它的引信烧完之后大约24μs开始爆炸,高速摄影时闪光灯的发光时间可达到10μs,高速子弹打穿苹果的时间为3μs,核武器爆炸时在1μs内释放出巨大能量。

K介子的存在时间为12纳秒(ns),FM波段无线电短波的周期约为10ns,光在真空中传播1米距离的时间需要3.3ns,个人电脑的微处理器进行一次运算约需2ns。

最快的晶体管运行时间为数皮秒(ps),室温下水分子间氢键的平均存在时间为3ps,由高能加速器产生的夸克粒子存在时间为1ps。

完成决速化学反应通常需要数百飞秒(fs),光与视网膜上色素的相互作用(产生视觉的过程)约需200fs,分子中的原子完成一次典型振动需要10~100fs,可见光的振荡周期为1.3~2.6fS。

不过,飞秒也不是最小的时间单位。1964年10月,来自35个国家的计量专家们汇集在法国巴黎,他们通过投票,决定正式在公制单位中采用“atto”一词,用来描述10-18这一自然界极微小的量程,因此就有了“阿秒(as)”这一时间单位。1as10-18s,即百亿亿分之一秒。

科学家们在40多年前创造这一单位时并没有相应的测量工具,因为这种单位实在太小了。假设令时间放慢,让1as延长到1s的时间,那么原来的1s将会延长到300亿年,这已经是宇宙年龄的两倍了。然而如今,科学家们已经拥有了可以测量阿秒级物理量的仪器。

不久前,德国慕尼黑大学与马克斯·普朗克量子光学研究所的科学家们用稳定的高速激光成功产生仅持续250as的光脉冲。在如此短的时间中,光甚至还没有走过一个细菌直径那样长的距离。

研究人员利用如此短暂的超短时激光闪光脉冲作为工具,探测到了原子核外高速旋转的电子运动。他们在一团氢原子云上用超短时远紫外光脉冲将电子撞击出来,每个电子出现时由于该瞬间光线的相位不同,其速度可能在红色激光电场作用下被提高或降低。通过测量每个电子的动能,再加上已知红色激光脉冲的周期,研究人员计算出从氪原子中发出的电子脉冲的时间为650as,而电子在能级之间跃迁的时间大约只有100as左右。