初看起来,标题中的几个东西毫不相干,读者可能觉得很奇怪。事实上,我是想告诉读者,恒星和噪声都跟对数有着密切的关系。之所以把恒星和噪声放在一起,是因为恒星的亮度和噪声的响度一样,都是用对数来进行度量的。
根据视觉辨别出的亮度,天文学家把恒星分成一等星、二等星、三等星等。对我们的肉眼来说,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)却是按照另一种规律变化的,确切地说,它们的物理亮度是公比为
的几何级数。容易理解,恒星的等级就是它物理亮度的对数,确切地说,是负对数。比如说,一等星比三等星亮2.5(3-1)倍,也就是6.25倍。换句话说,天文学家在表示恒星的视觉亮度时,用的就是以2.5为底的对数表。本节中,对此我们不做详细讨论。有兴趣的读者朋友,可以参考本系列丛的《趣味天文学》一书。
噪声的响度也是用这种方法来量度的。对工厂里的工人来说,噪声影响着他们的健康和工作效率,这迫使人们想办法测量出它的响度到底有多大。我们一般用“贝尔”作为响度的单位,其实用得最多的是它的
,即“分贝”(1贝尔=10分贝)。比如1贝尔、2贝尔等,我们常说成10分贝、20分贝等。对于人的耳朵来说,这些连续的响度就像一个算术级数。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。比如说,两个噪声的响度只差1贝尔,但是它们的强度却差了10倍。也就是说,噪声的响度正好等于强度或者能量的常用对数。
下面来看几个例子,读者就更清楚了。
树叶沙沙声的响度为1贝尔,我们大声讲话的响度是6.5贝尔,狮子吼叫的响度是8.7贝尔。根据这些数据,可以得出:
大声讲话的强度是树叶沙沙声的10(6.5-1)==105.5=316000倍;
狮子吼叫的强度是大声讲话的10(8.7-6.5=102.2158=倍。
如果噪声的响度大于8贝尔,对人类机体就会有害。在很多工厂中,噪声的响度远远超出了这个指标,那里的响声可能比10贝尔还要大。比如,锤子打在钢板上产生的噪声响度是11贝尔。这些噪声的强度通常比可忍受的强度大100倍甚至1000倍,尼亚加拉大瀑布最喧闹的地方,噪声的响度才只有9贝尔。
不管是衡量恒星的视觉亮度,还是确定噪声的响度,在感觉和刺激的数量之间存在着对数关系,这并非偶然。其实,它们都是由所谓的“费赫纳尔心理物理学定律”决定的,即感觉的数量与刺激数量的对数成正比。
所以可以说,在心理学领域中也存在着对数。