理论教育 对数、噪声与恒星:趣味代数学中的视觉亮度和噪声强度

对数、噪声与恒星:趣味代数学中的视觉亮度和噪声强度

时间:2023-11-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:就是说,天文学家是用以2.5为底的对数表来表示恒星的视觉亮度,在此就不再做其余的讨论。但是,噪声的“强度”或者说能量,却是一个公比为10的几何级数。就像两个噪声的响度虽然只差1贝尔,但它们的强度却相差10倍,也就是噪声的响度正好等于强度或能量的常用对数。如果噪声的响度超过8贝尔,对人体机能就会有伤害。这些噪声的强度通常比可忍受的强度高100倍甚至1000倍。

对数、噪声与恒星:趣味代数学中的视觉亮度和噪声强度

读者可能会感到奇怪,因为乍一看,本节标题中的几个东西好像没有什么关联。事实上,将恒星与噪声放在一起,我想告诉读者朋友们的是,对数跟恒星与噪声都有着密切的联系。因为恒星的亮度与噪声的响度一样,都需要用对数来进行度量。

天文学家依据视觉所辨别出的亮度,把恒星分成一等星、二等星、三等星等。对于我们普通人而言,连续排列的恒星就像是代数中的每一项级数。

但是,它们的物理亮度(客观亮度)却是按照别的规律变化的。准确地说,它们的物理亮度是公比为的几何级数。不难理解,恒星物理亮度的对数,准确的说是负对数,就代表了等级。如,一等星比三等星亮2.5(3-1)倍,即6.25倍。就是说,天文学家是用以2.5为底的对数表来表示恒星的视觉亮度,在此就不再做其余的讨论。读者朋友如果感兴趣的话,可以参考本系列丛书中的《趣味天文学》一书。

噪声的响度也可以通过此方法来度量。噪声影响着工人的身心健康与工作效率,人们便想办法测量出它的响度到底是多少。我们通常用“贝尔”作响度的单位,但是用得最多的是它的,也就是“分贝”(1贝尔=10分贝)。如1贝尔、2贝尔等,我们通常都说成是10分贝、20分贝等。对人的耳朵来说,连续的响度就像是一个算术级数。但是,噪声的“强度”或者说能量,却是一个公比为10的几何级数。就像两个噪声的响度虽然只差1贝尔,但它们的强度却相差10倍,也就是噪声的响度正好等于强度或能量的常用对数。读者可以通过以下几个例子来了解一下。

树叶沙沙声的响度是1贝尔,人大声说话的响度是6.5贝尔,狮子大吼的响度是8.7贝尔。由此可以得出:大声说话的强度是树叶沙沙声的10(6.5-1)=105.5=316000倍;狮子大吼的强度是大声说话的10(8.7-6.5)=102.2=158倍。(www.daowen.com)

如果噪声的响度超过8贝尔,对人体机能就会有伤害。但在很多工厂中,噪声的响度却远远超过这个指标,如锤子打在钢板上的噪音响度是11贝尔。这些噪声的强度通常比可忍受的强度高100倍甚至1000倍。尼亚加拉大瀑布最喧闹的地方,噪声的响度仅仅为9贝尔。

无论衡量恒星的视觉亮度,还是衡量噪声的响度,在感觉与刺激的数量之间存在着对数关系,这并非偶然。事实上,它们都是由“费赫纳尔心理物理学定律”所决定的,即感觉的数量与刺激数量的对数成正比。

所以我们可以说,心理学领域也存在对数关系。

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