審核專家：趙良玉

北京理工大學(xué)宇航學(xué)院副教授

文人都喜歡感嘆時(shí)間的易逝，李白說(shuō)“光陰者，百代之過(guò)客也”；蘇軾在詞里也寫“朝來(lái)庭下，光陰如箭”；朱自清更在《匆匆》里追問(wèn)：“我們的日子為什么一去不復(fù)返呢？”

一個(gè)嚴(yán)肅的事實(shí)是：我們的時(shí)間雖然真的在變少，但每天的時(shí)間卻似乎越來(lái)越長(zhǎng)。

1

世界時(shí)

衡量時(shí)間的多少，首先需要一套時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下，制定歷法的依據(jù)是自然周期。由日升日落得到了一天的長(zhǎng)度；月亮的圓缺周期決定了一月的長(zhǎng)短；而一年正是地球的一個(gè)寒暑周期。

從朔月（從地球上看不見(jiàn)月亮，對(duì)應(yīng)農(nóng)歷每月初一）到朔月或是從望月（從地球上看月亮為滿月，對(duì)應(yīng)農(nóng)歷每月十五左右）到望月之間的時(shí)間被叫做“月”，雖然現(xiàn)行的公歷已經(jīng)不再反映月亮的圓缺變化，但無(wú)論東西方，對(duì)月亮的觀測(cè)結(jié)果都曾被運(yùn)用于歷法中。而且，直到今天，我們依然把這樣一個(gè)周期稱為“一個(gè)月”。

日晷｜pixabay

這種建立于天文學(xué)基礎(chǔ)之上的標(biāo)準(zhǔn)是在人們長(zhǎng)期對(duì)自然的觀察中產(chǎn)生的，它很容易被人們理解，但缺點(diǎn)在于時(shí)間長(zhǎng)度的不均勻性。舉個(gè)例子，如果地球的自轉(zhuǎn)速度發(fā)生了變化，那么一天的長(zhǎng)度就會(huì)發(fā)生變化。

我們所在的地球雖然質(zhì)量很大，但并不是一個(gè)自轉(zhuǎn)速度很穩(wěn)定的星體。同時(shí)地球繞太陽(yáng)的軌道也并不是一個(gè)完美的圓形，地球與太陽(yáng)之間的距離也就不是一直相同。所以，隔一段時(shí)間（時(shí)間間隔不等）人們就要在歷法中添加一些例外來(lái)對(duì)時(shí)間進(jìn)行校正。這也是按照天文觀測(cè)結(jié)果制定的歷法會(huì)出現(xiàn)閏月、閏年的原因。

人們以地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)建立了世界時(shí)（UT，Universal Time）的概念，即格林尼治（位于英國(guó)倫敦，地球本初子午線的標(biāo)界處）所在地的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。

現(xiàn)在常用的一類世界時(shí)UT1（Universal Time1）是由國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)（IERS，International Earth Rotation Service），通過(guò)人造衛(wèi)星測(cè)定相對(duì)于一個(gè)遙遠(yuǎn)的類星體（極度明亮的星系核心）位置的地球自轉(zhuǎn)，并通過(guò)一些參數(shù)修正來(lái)確定的。UT1可以準(zhǔn)確反應(yīng)地球在空間的角位置，故在天文學(xué)和地球物理學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

2

原子時(shí)

隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快，人們對(duì)時(shí)間精度的要求也越來(lái)越高，尤其是金融交易和科學(xué)研究等方面，一秒的誤差都可能造成無(wú)法估量的損失。

后來(lái)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)原子內(nèi)部的某些運(yùn)動(dòng)具有很高的穩(wěn)定性，于是1967年召開(kāi)的國(guó)際度量衡大會(huì)上，人們將秒的長(zhǎng)度確定為：位于海平面上的銫133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間，在零磁場(chǎng)中躍遷振蕩9192631770個(gè)周期所持續(xù)的時(shí)間。

NIST-F1銫噴泉原子鐘 來(lái)源丨維基

以此為基礎(chǔ)，每小時(shí)的時(shí)間都是3600秒，每天的時(shí)間都是86400秒，也就建立了一套新的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，即為原子時(shí)。

目前國(guó)際原子時(shí)（TAI，International Atomic Time）是全球50多個(gè)國(guó)家的實(shí)驗(yàn)室中400多個(gè)原子鐘所測(cè)定時(shí)間的加權(quán)平均值。由于這些原子鐘的平均海拔已經(jīng)超過(guò)了海平面，這使得它們組成體系的時(shí)間減慢了大約一萬(wàn)億分之一，但不妨礙這種體系在計(jì)時(shí)上提供了前所未有的穩(wěn)定性和精確性。

3

協(xié)調(diào)世界時(shí)

雖然世界時(shí)和原子時(shí)都非常準(zhǔn)確，但現(xiàn)在世界各地使用的主要時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)卻不是這二者之一，而是協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC，Coordinated Universal Time）。以本初子午線為0度，最西端的時(shí)區(qū)使用UTC-12，比UTC落后十二小時(shí)；最東部的時(shí)區(qū)使用UTC + 14，比UTC早14小時(shí)。

游客在位于倫敦的本初子午線紀(jì)念碑合影 來(lái)源丨維基

由于地球的旋轉(zhuǎn)速度隨氣候和地質(zhì)事件而變化，為了保持與UT1（也就是天文觀測(cè)結(jié)果）的近似，UTC有時(shí)會(huì)調(diào)整依據(jù)TAI計(jì)算的參數(shù)，因而具有不連續(xù)性，也就產(chǎn)生了閏秒（Leap second）。閏秒的間隔是不規(guī)則的，并且是不可預(yù)測(cè)的，這也使得我們總在要調(diào)整時(shí)間時(shí)才被通知目前所使用的時(shí)間已經(jīng)與觀測(cè)到的時(shí)間不一致了，人生突然就會(huì)被加上一秒。

事實(shí)證明這種做法具有很大的破壞性，例如2015年7月1日，就毫無(wú)征兆地“多了一秒”。在二十一世紀(jì)，很多服務(wù)依賴于精確的時(shí)間戳（利用數(shù)字簽名等技術(shù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包含時(shí)間等信息），因此時(shí)間的變化會(huì)引起很多網(wǎng)絡(luò)服務(wù)上的問(wèn)題。有關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織一直在爭(zhēng)論是否應(yīng)當(dāng)繼續(xù)這種做法。

4

月亮在給地球“踩剎車”

時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)之所以變得這么復(fù)雜，主要還是因?yàn)榈厍虻淖赞D(zhuǎn)速度太過(guò)隨性。

地球自轉(zhuǎn)速度的規(guī)律可以總結(jié)為在長(zhǎng)期變慢的基礎(chǔ)上時(shí)快時(shí)慢，其中長(zhǎng)期變慢的原因就是月球。月亮作為離我們最近的鄰居，從古至今都廣受關(guān)注，每個(gè)晴朗的夜晚，清冷的月色都普照大地，給人們帶來(lái)種種遐想。但其實(shí)，月亮正在偷偷地給地球“踩剎車”，同時(shí)悄悄地遠(yuǎn)離我們。

阿波羅任務(wù)中從月球看向地球的照片 來(lái)源丨維基

這是因?yàn)樵虑蚺c地球之間互相存在引力拉扯著對(duì)方，在拉扯的過(guò)程中地球上的海水隨之潮漲潮落，潮汐與地球的自轉(zhuǎn)并不同步，自轉(zhuǎn)的能量就有一部分被消耗在了海水與巖石的摩擦過(guò)程中。這使得地球的自轉(zhuǎn)速度減緩的同時(shí)，月球離地球的距離也越來(lái)越遠(yuǎn)。

具體來(lái)說(shuō)，月球每年遠(yuǎn)離地球3.8厘米，而每100年地球自轉(zhuǎn)的周期（1天）將會(huì)變長(zhǎng)1.6毫秒。

5

氣候使地球加速

雖然月亮正在以微弱的力量讓我們的一天變長(zhǎng)，但另外一個(gè)因素卻在努力地讓我們的一天變短，那就是氣候變暖。

科學(xué)家通過(guò)原子鐘發(fā)現(xiàn)，地球的自轉(zhuǎn)速度在加快，伴隨著全球平均氣溫的升高，兩極的冰川正發(fā)生融化，這將使地球內(nèi)部質(zhì)量分布發(fā)生變化，地球的質(zhì)量會(huì)更靠近地球的核心，自轉(zhuǎn)的速度也會(huì)隨之提高。近年來(lái)地球自轉(zhuǎn)速度正在加快，以至于其中一些科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)始懷疑是否需要“負(fù)閏秒”，這是史無(wú)前例的建議。

不幸的是，時(shí)間增減的絕對(duì)量以人類的感覺(jué)是無(wú)法察覺(jué)的。因此我們感到時(shí)間易逝，只是因?yàn)橐龅氖虑檫€有很多，或者令人愉悅的時(shí)間過(guò)得太快之類的原因。根據(jù)實(shí)際測(cè)算，以目前的變化速度來(lái)看，我們離負(fù)閏秒還差得遠(yuǎn)，地球上的一天還是在變得越來(lái)越長(zhǎng)。

歡迎掃碼入群！

深圳科普將定期推出

公益、免費(fèi)、優(yōu)惠的活動(dòng)和科普好物！