審核專(zhuan) 家：趙良玉

北京理工大學宇航學院副教授

文人都喜歡感歎時間的易逝，李白說“光陰者，百代之過客也”；蘇軾在詞裏也寫(xie) “朝來庭下，光陰如箭”；朱自清更在《匆匆》裏追問：“我們(men) 的日子為(wei) 什麽(me) 一去不複返呢？”

一個(ge) 嚴(yan) 肅的事實是：我們(men) 的時間雖然真的在變少，但每天的時間卻似乎越來越長。

1

世界時

衡量時間的多少，首先需要一套時間標準。一般情況下，製定曆法的依據是自然周期。由日升日落得到了一天的長度；月亮的圓缺周期決(jue) 定了一月的長短；而一年正是地球的一個(ge) 寒暑周期。

從(cong) 朔月（從(cong) 地球上看不見月亮，對應農(nong) 曆每月初一）到朔月或是從(cong) 望月（從(cong) 地球上看月亮為(wei) 滿月，對應農(nong) 曆每月十五左右）到望月之間的時間被叫做“月”，雖然現行的公曆已經不再反映月亮的圓缺變化，但無論東(dong) 西方，對月亮的觀測結果都曾被運用於(yu) 曆法中。而且，直到今天，我們(men) 依然把這樣一個(ge) 周期稱為(wei) “一個(ge) 月”。

日晷｜pixabay

這種建立於(yu) 天文學基礎之上的標準是在人們(men) 長期對自然的觀察中產(chan) 生的，它很容易被人們(men) 理解，但缺點在於(yu) 時間長度的不均勻性。舉(ju) 個(ge) 例子，如果地球的自轉速度發生了變化，那麽(me) 一天的長度就會(hui) 發生變化。

我們(men) 所在的地球雖然質量很大，但並不是一個(ge) 自轉速度很穩定的星體(ti) 。同時地球繞太陽的軌道也並不是一個(ge) 完美的圓形，地球與(yu) 太陽之間的距離也就不是一直相同。所以，隔一段時間（時間間隔不等）人們(men) 就要在曆法中添加一些例外來對時間進行校正。這也是按照天文觀測結果製定的曆法會(hui) 出現閏月、閏年的原因。

人們(men) 以地球自轉運動為(wei) 基礎建立了世界時（UT，Universal Time）的概念，即格林尼治（位於(yu) 英國倫(lun) 敦，地球本初子午線的標界處）所在地的標準時間。

現在常用的一類世界時UT1（Universal Time1）是由國際地球自轉服務（IERS，International Earth Rotation Service），通過人造衛星測定相對於(yu) 一個(ge) 遙遠的類星體(ti) （極度明亮的星係核心）位置的地球自轉，並通過一些參數修正來確定的。UT1可以準確反應地球在空間的角位置，故在天文學和地球物理學領域得到了廣泛應用。

2

原子時

隨著現代生活節奏的加快，人們(men) 對時間精度的要求也越來越高，尤其是金融交易和科學研究等方麵，一秒的誤差都可能造成無法估量的損失。

後來，科學家發現原子內(nei) 部的某些運動具有很高的穩定性，於(yu) 是1967年召開的國際度量衡大會(hui) 上，人們(men) 將秒的長度確定為(wei) ：位於(yu) 海平麵上的銫133原子基態的兩(liang) 個(ge) 超精細能級間，在零磁場中躍遷振蕩9192631770個(ge) 周期所持續的時間。

NIST-F1銫噴泉原子鍾 來源丨維基

以此為(wei) 基礎，每小時的時間都是3600秒，每天的時間都是86400秒，也就建立了一套新的時間標準，即為(wei) 原子時。

目前國際原子時（TAI，International Atomic Time）是全球50多個(ge) 國家的實驗室中400多個(ge) 原子鍾所測定時間的加權平均值。由於(yu) 這些原子鍾的平均海拔已經超過了海平麵，這使得它們(men) 組成體(ti) 係的時間減慢了大約一萬(wan) 億(yi) 分之一，但不妨礙這種體(ti) 係在計時上提供了前所未有的穩定性和精確性。

3

協調世界時

雖然世界時和原子時都非常準確，但現在世界各地使用的主要時間標準卻不是這二者之一，而是協調世界時（UTC，Coordinated Universal Time）。以本初子午線為(wei) 0度，最西端的時區使用UTC-12，比UTC落後十二小時；最東(dong) 部的時區使用UTC + 14，比UTC早14小時。

遊客在位於(yu) 倫(lun) 敦的本初子午線紀念碑合影 來源丨維基

由於(yu) 地球的旋轉速度隨氣候和地質事件而變化，為(wei) 了保持與(yu) UT1（也就是天文觀測結果）的近似，UTC有時會(hui) 調整依據TAI計算的參數，因而具有不連續性，也就產(chan) 生了閏秒（Leap second）。閏秒的間隔是不規則的，並且是不可預測的，這也使得我們(men) 總在要調整時間時才被通知目前所使用的時間已經與(yu) 觀測到的時間不一致了，人生突然就會(hui) 被加上一秒。

事實證明這種做法具有很大的破壞性，例如2015年7月1日，就毫無征兆地“多了一秒”。在二十一世紀，很多服務依賴於(yu) 精確的時間戳（利用數字簽名等技術產(chan) 生的數據，包含時間等信息），因此時間的變化會(hui) 引起很多網絡服務上的問題。有關(guan) 的國際標準組織一直在爭(zheng) 論是否應當繼續這種做法。

4

月亮在給地球“踩刹車”

時間標準之所以變得這麽(me) 複雜，主要還是因為(wei) 地球的自轉速度太過隨性。

地球自轉速度的規律可以總結為(wei) 在長期變慢的基礎上時快時慢，其中長期變慢的原因就是月球。月亮作為(wei) 離我們(men) 最近的鄰居，從(cong) 古至今都廣受關(guan) 注，每個(ge) 晴朗的夜晚，清冷的月色都普照大地，給人們(men) 帶來種種遐想。但其實，月亮正在偷偷地給地球“踩刹車”，同時悄悄地遠離我們(men) 。

阿波羅任務中從(cong) 月球看向地球的照片 來源丨維基

這是因為(wei) 月球與(yu) 地球之間互相存在引力拉扯著對方，在拉扯的過程中地球上的海水隨之潮漲潮落，潮汐與(yu) 地球的自轉並不同步，自轉的能量就有一部分被消耗在了海水與(yu) 岩石的摩擦過程中。這使得地球的自轉速度減緩的同時，月球離地球的距離也越來越遠。

具體(ti) 來說，月球每年遠離地球3.8厘米，而每100年地球自轉的周期（1天）將會(hui) 變長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(men) 的一天變長，但另外一個(ge) 因素卻在努力地讓我們(men) 的一天變短，那就是氣候變暖。

科學家通過原子鍾發現，地球的自轉速度在加快，伴隨著全球平均氣溫的升高，兩(liang) 極的冰川正發生融化，這將使地球內(nei) 部質量分布發生變化，地球的質量會(hui) 更靠近地球的核心，自轉的速度也會(hui) 隨之提高。近年來地球自轉速度正在加快，以至於(yu) 其中一些科學家已經開始懷疑是否需要“負閏秒”，這是史無前例的建議。

不幸的是，時間增減的絕對量以人類的感覺是無法察覺的。因此我們(men) 感到時間易逝，隻是因為(wei) 要做的事情還有很多，或者令人愉悅的時間過得太快之類的原因。根據實際測算，以目前的變化速度來看，我們(men) 離負閏秒還差得遠，地球上的一天還是在變得越來越長。

歡迎掃碼入群！

深圳科普將定期推出

公益、免費、優(you) 惠的活動和科普好物！