角动量|假期变慢小技巧_地球质量|科学|科普|生活

今天是2021年2月18日，大年初七。同时是我国法定春节假期后的第一天。神奇的是，我仿佛一秒前还在吃除夕的年夜饭，一秒后就已经收假了。（其实确实还在吃年夜饭的剩菜
曾经有一段看起来足够长的假期摆在我的面前，我没有珍惜，等我注定浪费时才追悔莫及。世间最痛苦的事莫过于此。如果再给我一次机会，我可能也不敢说出口：请假期再长一点。下面教大家一些延长时间的小技巧，相信一定会有帮助：
让地球再转慢一点
在让假期变慢前可能得先知道：我们是怎么感知时间过去的呢？
眼睛感受到环境的明暗变化，会传递给下丘脑中的钟表“SCN”区域，从天亮到天黑，我们会意识到一天过去了。 SCN全称“视交叉上核” ，这是我们身体调节昼夜节律和激素水平的重要部分。

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图SCN在下丘脑内（图中紫色圆球）| 来源：harvard.edu
随着年龄的增加，人的激素水平降低，反作用于SCN区域，对时间流逝的感知会变得迟缓。所以当你的脑海中出现“怎么一天就这么没了？”的感觉时，不一定是假期太短了，也可能是年龄太大了。
我们都知道，眼睛感受到的明暗变化，实际是地球自转产生的昼夜交替。我们要想使一天变长，或许可以使地球的自转变慢。那地球自转可以改变吗？
实际上，你感觉到的时间变快或许是真的。前两天有报告公布， 2020年，地球自转的平均周期一度减小到一天小于二十四个小时，达到了过去五十年的最快速度。

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2020年地球自转平均速度相较之前快了一点，其实纵观整个地球三十多亿年的历史，地球的自转周期是在减小的。
宇宙大爆炸后，尘埃获得能量和万有引力的相互作用就已经给其赋予了角速度，后来演化成了各种自转、公转的星体。可以这么说，没有地球的时候地球就已经在自转了。
影响昼夜交替，就是影响地球的自转，提到旋转的物体，我们经常会提到一个参量，就是角动量。

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图角动量 | 来源：geekswipe.net
角动量是描述转动物体的一个基本量，对于一个绕轴转动的质点来说，如果用L表示角动量，用p来表示其动量， r为其到轴心的位矢，那么定义其角动量为（其中的参量都是有方向的矢量）：

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对于一个宏观的、绕轴转动的物体来说，角动量是转动惯量和角速度的乘积，用I表示转动惯量，用ω表示角速度，那么角动量就是：

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从定义来看，其中的转动惯量I和物体的质量m、离轴的距离r有关，一个绕轴转动的质点的转动惯量I：

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如果地球在宇宙中没有任何其他的干扰、是一个规则的球体，那么它的角动量是不变的，就是满足角动量守恒定律，但现实中地球还会受到月球、太阳、自己和很多其他因素的干扰。月球的拖拽就是一个很主要的作用。
月球和太阳共同引起的潮汐总是略微超前于月球，潮汐与地球之间的摩擦力产生了一个拖拽地球的力矩，这个力矩的作用使地球的自转角速度逐渐变小。

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图月球和潮汐 | 来源于网络
如果一个系统没有受到力矩作用，那么这个系统满足角动量守恒。地月系统可以大致可以看作是这样的一种系统，地球的角动量越来越小，月球只好通过增加和地球的距离，也就是使r增大，来增大自身的角动量，使地月系统角动量总和不变。
那我们作为地球系统的一份子，我们和地球总角动量守恒，让地球的自转变慢，就是使地球转动的角速度ω减小，那么怎么才能让地球慢下来呢？滑冰运动员或许能告诉我们一些技巧。

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图滑冰运动员通过收起手臂使自己旋转加快 | 来源：lumenlearning.com
不考虑阻力，滑冰运动员收起手臂，减小了手臂转动半径，转动惯量I减小，运动员自身的角动量L不变，转动角速度ω就得增大。这就是为什么他们在滑冰的时候，能通过自己的体态来调整自己的旋转速度。
仔细分析滑冰运动员的运动，系统角动量守恒满足 Iω=I'ω' ，要使地球变慢，就是需要角动量变小，即 ω'＜ω ，也就是说转动惯量增加， I'＞I ，而转动惯量I = mr2 ，那么我们只需要增加地球的质量或者转动半径就可以了，知道了，现在就召唤外星人！当然还有一些我们力所能及的技巧——比如增加自己的高空活动，就可以增加转动半径，或许能让地球变慢。

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西西弗斯每天推石头上山的原因找到了？
其实人类的活动已经在影响地球的自转了，全球变暖冰川融化使得海平面上升、开采矿土改变地球的质量分布等等活动，都在影响着我们一天的长度。
原子钟：休想在我眼皮底下夺走一秒
但是，利用太阳上山下山的时间来计算一天真的可靠吗？我们小学的时候就学过，由于有公转的存在，太阳出现在地球同一位置上空两次时，地球自转的角度其实已经超过了360° ，所以天文学家通常用遥远的恒星来作为位置标定来定义“一天” ，也叫“恒星日” 。

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图恒星日比太阳日要短一些 | 来源：cornell.edu
等等，虽然地球转得或快或慢，但工作或者写作业的时间可是一点都没有减少啊！那是因为在科技发达的现代，我们并不是用地球自转一圈来规定一天、而是用24小时来规定一天的。直白点说，我们用来计时的时钟并不直接反应昼夜交替。想到2020年比之前少了一秒钟，而自己打工的时间却没有减小，悲伤仿佛更多了一些……
那能不能从计时时钟上面做点手脚呢？
我们日常所见的钟表，基本上都是石英钟表。科学家发现，经过固定方式切割的石英晶体通电后，振动频率是每秒32768次，那如果有一个装置来数出这样一块石英振动32768次，就说明时间过了1秒，这就是石英表的计时原理。
石英表的精度已经很高了，但是对于很多更高精度的计时要求来说还远远不够，于是科学家把目光转向了更微小的原子。
和石英一样，原子其实也有自己的振荡频率，特定原子的电子从固定能级之间跃迁会辐射出电磁波，这种电磁波的特征频率是不变的。 1963年的国际计量大会上，科学家将铯原子基态的两超精细能级间跃迁辐射振荡9192631770周所用时间定义为1秒，国际计量局便以此为标准时间的基准钟，铯原子钟的计时精度有多高呢？三千万年不差一秒，而人类的历史也只有三百万年左右。

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图通过激光等手段使原子变“冷”从而大大提高其精度 | 来源：ablogtowatch.com
科学家说：还不够！铯原子钟的振荡频率的测量有一定的难度，从而影响准确度；随着科研技术水平的发展，现在研制出的振荡频率工作在光学波段的锶原子光钟，精度已经达到160亿年差1秒的水平了。科学家有多较真，我们就有多难对时间动手脚。

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爱因斯坦：我看你还可以努力一下！
一秒的长度被铯原子拿捏的死死的，我们就真的没有机会了吗？爱因斯坦：等等！
牛顿：选的参考系不同，运动的速度就不同，但时间是统一的。光：我看你还是不够年轻。
《凹特曼大战小怪兽之狭义相对论的故事》也许会给我们一些启发：凹特曼从A地以速度v飞往B地，在初始时刻发出一束光至B ，小怪兽站在地面按照牛顿力学的原理计算，凹特曼发出的光速应该是v+c ，但他一测量发现，凹特曼和B的距离确实变短了（说明凹特曼在飞），但光速确实也没有改变，那是什么变了呢？只能是凹特曼的时间变慢了。

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总而言之，狭义相对论告诉我们，凹特曼运动的速度越快，他的时间相比于站在地面的怪兽越慢。
虽然凹特曼没有做过这样的事，但科学家做过。 1971年，两位科学家将铯原子钟分别放到飞机里，在赤道附近沿不同方向做环球飞行，最后与地面的标准钟对比，向东走的飞机中的时间比地面要慢约几十纳秒，向西的要快两百多纳秒，所以环球旅行真的可以赚到时间。

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只有一个问题：买飞机票前记得买对方向。
爱因斯坦又说：或许还有一个方法。于是他又联系引力场推导出了广义相对论。
广义相对论告诉我们，所处的引力越大，时间过得越慢。意思是，如果生活在一个质量更大的星球，相对于质量小的星球，时间就会过得更慢。电影《星际穿越》中描述的就是这样的场景，主人公和同伴在距离黑洞很近的星球上完成了一个小任务，在远离他们的飞船中就已经过了七十年。这样的话我有一个危险的想法……（马斯克：你确实想。但作为太阳系质量第二小的火星好像确实不大行。
当然，不管是哪种情况，你的时间都只是相对改变了，处于自己时空当中的你是不会有时间变化的感觉的。
我不要你觉得，我只要我觉得
客观上让时间变慢，好像不是费力就是费钱，不如我们打打自己的主意。
法国哲学家Paul Janet在1897年提出，人对时间的感知是呈对数变化的，同样的时间间隔在人的记忆中所占比重是不一样的。举个例子，一天对于出生一周的婴儿来说，只有人生的14.3%；而对于一个五十岁的人来说，大约就只有他生命的0.00005% ，这就是为什么我们常常觉得小时候时间过得更慢。

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图我们的时间感知是对数累积的 | 来源：zhihu.com
如果按照这种理论来看，在你的心里感知中，昨天的假期一定长于今天的工作日（狗头。

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当然上面的理论其实只是一个简单的模型，这种“对数感知”更像是一种定性的规律，描述我们对很多事物认知的累积。
还有一种理论，在我们对时间的认知中引入了“新鲜感” 。生物学家David Eagleman举了一个例子来说明这种理论：当你的目光在两个距离不远的物体间移动时，你从来不会注意你的眼睛在动，也不会注意在两个画面之间是什么样子的。
生物学家认为，我们的时间感受其实是有延迟的，我们“意识到一个东西的存在”总是滞后于“眼睛看到它” ，所以我们的记忆也就不是连续的，大脑便习惯于用时间片段上发生的事物来感受时间，当我们引入记忆的细节越多，这段记忆的时间间隔“看起来”就越长。

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这样来说，在一天中填满日程，可能当时会觉得时光飞逝，但起码日后摸鱼的时候回想起来，这天的记忆片段是很长的。
经常有人用这样的话来描述时间：在你快乐的时候会很快消失，而在你痛苦的时候却很充沛。有研究表明，沮丧和抑郁的人会觉得时间过得更慢，所以，适当平板支撑可以延长假期——动作越标准，时间过得越慢。

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技巧的东西都学废了，就差拿假期练手了~
参考资料：
高布锡.潮汐能量耗散与地月系统演化[J].天文学报,2020,61(05):124-131.
https://www.zhihu.com/question/386850205/answer/1153271013
https://mp.weixin.qq.com/s/dX5ru_xeTY5Vz5H6_bVpiw
https://www.zhihu.com/question/443828984/answer/1726691722
https://medium.com/swlh/the-bizarre-reality-that-we-can-change-our-own-perception-of-time-d78619fbc496
https://www.zhihu.com/question/50821488/answer/123293771
Ricardo Cáceda, Jessica M. Carbajal, Ronald M. Salomon, Jordan E. Moore, Greg Perlman, Prasad R. Padala, Abdullah Hasan, Pedro L. Delgado.Slower perception of time in depressed and suicidal patients[J].European Neuropsychopharmacology,2020(40):4-16.
【角动量|假期变慢小技巧】编辑：zhenni

角动量|假期变慢小技巧

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