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改行公曆|科學史上的今天:10/5

張瑞棋_96
・2015/10/05 ・986字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 447 ・四年級

1582年的今天,義大利、西班牙、葡萄牙與波蘭等國的人民一覺醒來,赫然發現他們的生命硬生生地短少了十天!今天不是十月五日才對嗎?怎麼直接跳到十月十五日了?!

1582年的今天,教皇格理哥里十三世頒布並開始正式施行格里曆。圖片來源:Bryan Kennedy@flickr

這當然不是什麼時空穿越,而是教皇格理哥里十三世頒布的格里曆(Gregorian calendar)自這一天起正式施行;但為了彌補原來的儒略曆(Julian calendar)一千多年來所累積的誤差,而不得不做的調整。

誤差從何而來?原來當初凱撒頒布的儒略曆(取自凱撒的名字Julius)採行單月31天、雙月30天,除了二月這個當時一年中的最後一個月分定為29天,並為了配合地球的公轉週期,採四年一閏,如此平均一年就是365.25日。然而實際地球公轉一周平均是365.2422日(稱為平均回歸年),造成每128年就會誤差一日。

公元325年,教廷將3月21日晝夜等長這天訂定為春分日,但到了十六世紀,春分日已變成提早十天到來。於是教皇修訂儒略曆,減少閏年的次數以縮小誤差:世紀年(最後為00的年份)不算閏年,但400的倍數年仍是閏年。如此一來,平均一年就變成365.2425日,每三千三百年才會誤差一日。

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不過當時的大英帝國與北美殖民區因為是信奉新教,並未跟進。直到1752年才廢棄儒略曆,改行格里曆。至於我國,則是要等到推翻滿清建立民國後才採行了。等等!還保持清醒的讀者可能會提出疑問:現在並非單雙月交替大小月,二月也不是29天,明明與格里曆不一樣,這又是何時改的?

這就得說到凱撒的養子屋大維了。他即位後,先讓元老院將凱撒生日的七月改成凱撒之名,Julius以資紀念;後來又將親自率軍打贏許多重要戰役的八月改成自己的封號「奧古斯都」(Augustus),但八月只有30天,怎能襯托自己的偉大呢?於是就從二月挪一天給八月(另一說是他死後,元老院為了紀念他才改的)。

雖然格里曆已成為世界通行的曆法,但在天文學界為了方便計算還是採用儒略年的平均日作為一年的天數,所以光年就是光速行進365.25日的距離。另外,各國尚未實施格里曆前的歷史事件也還是以原來儒略曆的日期表示;所以若要計算距今的天數,還得減去10天。

地球始終如一規律的繞著太陽公轉,可看看人類歷史上的曆法演變,還真是不簡單哪!

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本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 959 位粉絲
1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

營養品的吸收率如何?

藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

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你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

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【特輯】關於春分,除了晝夜等長外這些事你知道嗎?
PanSci_96
・2019/03/20 ・4322字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 494 ・六年級

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source:Google Doodle

關於春分,我們大多都能直接地說出這天晝夜等長;但除此之外,你知道春分曾經因為曆法的關係而歪的很嚴重嗎?這一天除了感受日夜長度差不多,還有哪些美景可以欣賞呢?讓我們一起來看看關於春分的二三事吧!

閏年太多的儒略曆讓春分的時間跑掉了

在公元前60年,儒略曆法通行前的羅馬曆油畫。source:Wikipedia

公元 46 年,羅馬共和時期的執政官凱薩宣布廢除羅馬曆,改採用儒略曆。

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羅馬曆把 1 年分為 10 個月,以 March(三月)為第一個月。在英文中,September(九月)、October(十月)、November(十一月)、December(十二月)的拉丁字源分別是 789 10;後來人們在儒略曆中加入 January(一月)和February(二月)這兩個月分,前述的四個月分才往後順延,成為現在的九月、十月、十一月和十二月。不過羅馬人仍將 March 當作每年的第一個月,February 則為最後一個月。

實行儒略曆後,凱薩的將領馬克.安東尼(Mark Antony)馬上建議將第七個月改名為凱薩的名字Julius(因為凱薩是這個月出生的);凱撒也從二月抽走 1 天,加到自己的月分中,讓七月變成 31 天。後來,奧古斯都(Augustus Caesar)認為以自己名字命名的八月 只有 30 天太少,於是又從二月抽了1 天到八月,導致現在二月只有28 天。

儒略曆比羅馬曆完善,但仍有缺點,問題在於閏年太多了。地球圍繞太陽一周耗時 365 5 小時 48 分鐘 45 秒,儒略曆考量到這點,每 4 年在二月補上 1 天,但這方法延續到十六世紀時已經補過頭了,導致當時的儒略曆與分至點(春分、夏至、秋分、冬至)已有 24 天的差距。

春分歪掉,復活節也跟著歪掉啦

而這還會有什麼問題呢?

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每年差一點點,對於人們生活週期可能還沒有太大的影響,但是對於宗教節慶就有不可輕忽的改變了。由於復活節的時間,是從春分的時間推算而來的。曆法上的年,與太陽、地球真實關係的回歸年有所偏移,就代表每年春分的時間位在曆法上的日期,也不斷地偏移。春分的時間偏移,復活節的時間也就跟著偏移,這對教廷來說是件大事。

source:Petr Kratochvil

於是,在1582年,教皇格列哥里十三世宣布改曆。他做了兩件事情:第一件事,改變置閏的規則。為了讓每年春分時間一致,必須讓曆法的年逼近回歸年。原來年份只要是4的倍數就要置閏,但這樣閏太多了,使得曆法平均一年(365.25天)超過回歸年(365.2422天)太多,因此需要砍掉幾個閏年來修正這個餘額。這時採取的辦法是這樣的:以後年份如果是100的倍數但不是400的倍數,就不是閏年了。也就是說,西元1700、1800、1900年都不再是閏年,但2000年仍然是閏年。

以上的作法,將「4年1閏」變為「400年97閏」。簡單計算一下,1/4=0.25,儒略曆平均一年365.25天;97/400=0.2425,格列哥里曆平均一年365.2425天,與回歸年的誤差縮減到每年0.0003天,到三千多年左右才會誤差一天。這套格列哥里曆,就一直沿用成為現代的「公曆」了。

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一年時間 置閏
努瑪曆 平年355天

閏年377或378天

外加一個月
儒略曆

(西元前46年凱撒改曆)

平年365天

閏年366天

[平均一年365.25天]

年份為4的倍數置閏
格列哥里曆

(西元1582年格列哥里改曆)

平年365天

閏年366天

[平均一年365.2425天]

原則上年份為4的倍數置閏;例外:年份為100的倍數但不為400的倍數則不置閏(1700、1800、1900不置閏,2000置閏)

格列哥里改曆,還做了第二件事情,目的是要讓春分回到3月21日,才能維繫復活節原定的時間。因此,他做了一個立即的修正,等於是大刀砍下去,把之前偏差掉的全部改了回來。還記得嗎?我們剛才估算的結果,儒略曆經過一千多年,整整多出了10天左右。這時候,教皇格列哥里十三世作法很直接,直接在1582年砍掉10天!所以,1582年10月5日到14日,這十天就因為這次改曆而消失了。

想體驗手算日出的感覺嗎?來試試日出方程式

 

如上圖所示,從外太空看地球側面,水平基準線 OH 為地球赤道,垂直線 OG 為太陽在春分或秋分照射地球時的日夜分界線,斜線 OB 為太陽其它日期照射地球的日夜分界線,日夜分界線的地方就是日出或日落的地方。

有了日出方程式,就可以計算出太陽在不同的赤緯,地球各地不同緯度的日出和日落精確時間:

ω0 是日出(當數值為負數時)或日落(當數值為正值時)時,以度為單位的時角;
ψ 是在地球上觀測者的緯度;

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δ 是太陽的赤緯;

日出的定義為太陽剛從地平線出現的一剎那,而非整個太陽離開地平線,而日落是以太陽完全沒入地平線,太陽盤面大小約0.5°。還有大氣折射影響,太陽在地平面會被抬升約 0.6°。

因此,需要再加 a = -0.85°(= 0.6°+0.5°/2) 修正

想體驗手算日出的感覺嗎?不如就從春分這天開始吧!

或是找個地方靜靜地,享受春分帶來的美景

天體運動的成因有好幾個,包括地球繞著太陽做軌道運動、地球以地軸為中心自轉,還有因為地球的北極並非位於與軌道面垂直的位置。從這三點延伸得到的觀測結果,就是太陽在天空中的位置會在一年當中不斷改變。太陽每天會從地平線上不同的位置昇起落下,在天空中移動的軌跡也都不一樣。

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一年之中,在春分秋分這兩天,太陽會從正東方昇起、於正西方落下;而在夏至冬至時,太陽在地平線上東昇西落的位置會分別最偏向北方和南方。

世界有許多古代遺址的岩石和建築物,是依據星辰和太陽的起落和位置所精心排列,像是青蔥蒼翠的索爾茲伯里平原 (Salisbury Plain) 上矗立的巨石陣、安納沙茲人 (Anasazi) 建於查科峽谷 (Chaco Canyon) 的卡薩林克納達神廟 (Casa Rinconada),還有懷俄明州大角山脈 (Bighorn Range) 山頂的大醫藥輪 (Great Medicine Wheel)。

圖片3
依照天文現象排列的古代遺址:(左) 巨石陣、(中) 卡薩林克納達神廟、(右) 大角山脈的醫藥輪。

有時候,現代都市的地標排列也會與時鐘般規律的天體運行呈現巧妙的呼應,或許是有意設計的,但多半都是出於偶然。看看曼哈頓島 (Island of Manhattan) 就知道了,這座島位於哈德遜河 (Hudson River) 的河口,對角線往南北方向偏斜;最早有人在此定居時,街道都是隨意開闢的,像大部分的古老城市一樣雜亂無章地發展。這些曲折小路看起來大同小異、難以辨別,讓整個城區儼然成為不斷擴大的迷宮,最後終於根據 1811 年委員會計劃 (Commissioners’ Plan of 1811) 將整座城市的發展方針制定為棋盤式的街道。

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當時對於棋盤式街道的規劃,是依照和島嶼海岸平行的方向,開闢出略偏南北方向的一條條大道;因此,和這些幹道交叉的橫向街道都略為偏往東西向,與正東西方向的偏斜角度大約為 25 到 30 度,結果正巧讓所有的橫向街道幾乎正對著夏至時日出日落的方向!這個現象在大約十年前由奈爾·德葛拉司·泰森 (Neil deGrasse Tyson) 提出而廣為人知,他將這個現象稱為「曼哈頓巨石陣」(Manhattanhenge)。

manhattan-solstice-13

 

圖片5
曼哈頓 (左) 和芝加哥 (右) 的棋盤式街道。街道的幾何排列方式決定了你有沒有機會看到角度剛好的日出或日落,讓你一睹城市中的巨石陣。

不過若想欣賞與天文現象排列一致的現代建築景觀,也不是非得大老遠跑到曼哈頓去,很多城鎮都市的街道都是以棋盤式排列。如果是以東西向和南北向規劃鋪設的街道系統,在每年三月和九月的春分秋分,都有機會目睹這種魔幻奇景。芝加哥市就是一例,當地的街道 (大致上) 是呈現矩形的棋盤狀排列,與羅盤方位一致,所以在三月的春分和九月的秋分時,就可以拍攝到「芝加哥巨石陣」的景象!

圖片6
芝加哥巨石陣的例子 [圖片來源:Ken Ilio’s Uncommon Photographers]。
無論你身在何處,都有機會將你居住的城市化為現代巨石陣,拍下太陽不斷變換推移的運動軌跡,就算是像加拿大安大略省 Vankleek Hill 這樣的小城鎮也不例外。這個小鎮大約位於渥太華 (Ottawa) 和蒙特婁 (Montreal) 的中間,人口只有 2000 人左右。這裡的棋盤式街道往羅盤方位偏斜,大致上平行於從安大略湖 (Lake Ontario) 流入聖羅倫斯灣 (Gulf of Saint Lawrence) 的河流。這樣的角度,就可以在夏至和冬至時正對著太陽了,像這張由 Gabriel Landriault 所拍攝的照片一樣。

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圖片7
(左) 安大略省 Vankleek Hill 的棋盤式街道,與東西方向約有 20 度的偏斜。(右) 夏至時在 Vankleek Hill 街道上所見的光景 [攝影:Gabriel Landriault]。
這張 Vankleek Hill 的照片也顯示出值得注意的一點:Vankleek Hill 的街道只與正東西方向偏斜 20 度左右,而夏至時的太陽會更為偏向北方,所以此時並不是完全正對著街道的。但是在一年之中總會有一天是完全對準的

這可以從我們的地平線日曆中推敲得知,因為太陽從地平線昇起落下、不斷移動,在夏至和冬至、春分和秋分時,可以預料太陽在地平線上昇起落下的固定位置,但若經過仔細的規劃、觀測還有模擬 (可以使用 Stellarium 一類的天文館模擬器),你就會發現自己居住的城市街道在什麼時候會正對著日出和日落的方向。

圖片8
透過 Adler Planetarium 產生春分時的模擬情形,使用的是 StarryNight 桌面天文台軟體。

不妨就趁著春分的今天,趕快看準時間走出戶外,到離你最近的東西向街道上,拿出手機拍下正對著日出或日落的獨特景象吧!

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改行公曆|科學史上的今天:10/5
張瑞棋_96
・2015/10/05 ・986字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 447 ・四年級

1582年的今天,義大利、西班牙、葡萄牙與波蘭等國的人民一覺醒來,赫然發現他們的生命硬生生地短少了十天!今天不是十月五日才對嗎?怎麼直接跳到十月十五日了?!

1582年的今天,教皇格理哥里十三世頒布並開始正式施行格里曆。圖片來源:Bryan Kennedy@flickr

這當然不是什麼時空穿越,而是教皇格理哥里十三世頒布的格里曆(Gregorian calendar)自這一天起正式施行;但為了彌補原來的儒略曆(Julian calendar)一千多年來所累積的誤差,而不得不做的調整。

誤差從何而來?原來當初凱撒頒布的儒略曆(取自凱撒的名字Julius)採行單月31天、雙月30天,除了二月這個當時一年中的最後一個月分定為29天,並為了配合地球的公轉週期,採四年一閏,如此平均一年就是365.25日。然而實際地球公轉一周平均是365.2422日(稱為平均回歸年),造成每128年就會誤差一日。

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公元325年,教廷將3月21日晝夜等長這天訂定為春分日,但到了十六世紀,春分日已變成提早十天到來。於是教皇修訂儒略曆,減少閏年的次數以縮小誤差:世紀年(最後為00的年份)不算閏年,但400的倍數年仍是閏年。如此一來,平均一年就變成365.2425日,每三千三百年才會誤差一日。

不過當時的大英帝國與北美殖民區因為是信奉新教,並未跟進。直到1752年才廢棄儒略曆,改行格里曆。至於我國,則是要等到推翻滿清建立民國後才採行了。等等!還保持清醒的讀者可能會提出疑問:現在並非單雙月交替大小月,二月也不是29天,明明與格里曆不一樣,這又是何時改的?

這就得說到凱撒的養子屋大維了。他即位後,先讓元老院將凱撒生日的七月改成凱撒之名,Julius以資紀念;後來又將親自率軍打贏許多重要戰役的八月改成自己的封號「奧古斯都」(Augustus),但八月只有30天,怎能襯托自己的偉大呢?於是就從二月挪一天給八月(另一說是他死後,元老院為了紀念他才改的)。

雖然格里曆已成為世界通行的曆法,但在天文學界為了方便計算還是採用儒略年的平均日作為一年的天數,所以光年就是光速行進365.25日的距離。另外,各國尚未實施格里曆前的歷史事件也還是以原來儒略曆的日期表示;所以若要計算距今的天數,還得減去10天。

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地球始終如一規律的繞著太陽公轉,可看看人類歷史上的曆法演變,還真是不簡單哪!

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 959 位粉絲
1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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愚人節是曆法修改下的副產物?3分鐘搞懂羅馬曆、儒略曆到現行的格里曆──《我們如何丈量世界》
三采文化集團_96
・2018/05/01 ・2031字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 427 ・四年級

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我們所用的曆法其實經過非常多次的變革。圖/MaeM@pixabay

從一年十個月的羅馬曆到十二個月的儒略曆

羅馬曆把 1 年分為 10 個月,以 March(三月)為第一個月。在英文中,September(九月)、October(十月)、November(十一月)、December(十二月)的拉丁字源分別是 789 10;後來人們在儒略曆中加入 January(一月)和February(二月)這兩個月分,前述的四個月分才往後順延,成為現在的九月、十月、十一月和十二月。不過羅馬人仍將 March 當作每年的第一個月,February 則為最後一個月。

公元 46 年,羅馬共和時期的執政官凱薩宣布廢除羅馬曆,改採用儒略曆。他的將領馬克.安東尼(Mark Antony)馬上建議將第七個月改名為凱薩的名字Julius(因為凱薩是這個月出生的);凱撒並且從二月抽走 1 天,加到自己的月分中,讓七月變成 31 天。後來,奧古斯都(Augustus Caesar)認為以自己名字命名的八月 只有 30 天太少,於是又從二月抽了1 天到八月,導致現在二月只有28 天。

因為自己生日在那個月就多加一天,當羅馬執政官還真任性。圖/aaandrea@pixabay

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儒略曆比羅馬曆完善,但仍有缺點,問題在於閏年太多了。地球圍繞太陽一周耗時 365 5 小時 48 分鐘 45 秒,儒略曆考量到這點,每 4 年在二月補上 1 天,但這方法延續到十六世紀時已經補過頭了,導致當時的儒略曆與分至點(春分、夏至、秋分、冬至)已有 24 天的差距。

現行的公曆:格里曆如何修正閏年

格里曆就是現在多數國家所採用的公曆,由義大利天文學家阿洛伊修斯.里利烏斯(Luigi Lilio)改良儒略曆而來,可惜他在說服梵蒂岡於採用此曆前便過世了。後來,修訂格里曆的重任就落在德國數學家克里斯托佛.克拉烏(Christopher Clavius)身上。

德國數學家克里斯托佛.克拉烏(Christopher Clavius)協助修訂格里曆。via wikipedia

1582 年,教宗格里.高利十三世(Pope Gregory XIII)宣布改行此曆,因而得到「格里曆」之名。

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格里曆的閏年規則與儒略曆不同,基本上也是四年一閏,但如果是千禧年,該年必該同時能被 4 100 整除(也就是要能被 400 整除),才行閏年,因此公元1700 年、1800 年、1900 年都不是閏年,公元2000 年才是。在這個設定下,格里曆每 400 年只有 97 個閏年,比較接近每 3,300 年才誤差 1 天的回歸年(也就是我們現在使用的太陽年)。

愚人節的由來

4 1 日之所以被定為愚人節,很可能跟格里曆有關。以前英國人在三月底開始新年節慶,慶祝活動至四月的第一天達到高峰然後結束。改行格里曆後,很多人因為不知道曆法改變了,仍然按照儒略曆的日期慶祝新年。在 1750 那個年代,資訊傳播得很慢,導致有些偏遠地區的居民在錯的日子慶祝新年,看在城巿親戚的眼裡自然十分可笑。

其他國家當然不乏慶賀春天到來的瘋狂節日,但英國人之所以在 4 1 日彼此作弄,的確是從改行格里曆後才開始的。所以,如果愚人節不是特定傳統,它的出現應該要「歸功」於格里曆。

愚人節有可能跟曆法修改有關?圖/Alexas_Fotos@pixabay

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本文摘自《我們如何丈量世界?從生活的單位看見科學的趣味》,三采文化出版。

三采文化集團_96
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閱讀在生活中不曾改變, 它讓我們看見一句話的力量,足以撼動你我的人生。而產生一本書的力量,更足以改變全世界