審核專家：趙良玉

北京理工大學(xué)宇航學(xué)院副教授

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

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

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世界時

衡量時間的多少，首先需要一套時間標(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度；月亮的圓缺周期決定了一月的長短；而一年正是地球的一個寒暑周期。

從朔月（從地球上看不見月亮，對應(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，對應(yīng)農(nóng)歷每月十五左右）到望月之間的時間被叫做“月”，雖然現(xiàn)行的公歷已經(jīng)不再反映月亮的圓缺變化，但無論東西方，對月亮的觀測結(jié)果都曾被運用于歷法中。而且，直到今天，我們依然把這樣一個周期稱為“一個月”。

日晷｜pixabay

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

我們所在的地球雖然質(zhì)量很大，但并不是一個自轉(zhuǎn)速度很穩(wěn)定的星體。同時地球繞太陽的軌道也并不是一個完美的圓形，地球與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）人們就要在歷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(jié)果制定的歷法會出現(xiàn)閏月、閏年的原因。

人們以地球自轉(zhuǎn)運動為基礎(chǔ)建立了世界時（UT，Universal Time）的概念，即格林尼治（位于英國倫敦，地球本初子午線的標(biāo)界處）所在地的標(biāo)準(zhǔn)時間。

現(xiàn)在常用的一類世界時UT1（Universal Time1）是由國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)（IERS，International Earth Rotation Service），通過人造衛(wèi)星測定相對于一個遙遠的類星體（極度明亮的星系核心）位置的地球自轉(zhuǎn)，并通過一些參數(shù)修正來確定的。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。

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原子時

隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快，人們對時間精度的要求也越來越高，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法估量的損失。

后來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)原子內(nèi)部的某些運動具有很高的穩(wěn)定性，于是1967年召開的國際度量衡大會上，人們將秒的長度確定為：位于海平面上的銫133原子基態(tài)的兩個超精細能級間，在零磁場中躍遷振蕩9192631770個周期所持續(xù)的時間。

NIST-F1銫噴泉原子鐘 來源丨維基

以此為基礎(chǔ)，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(biāo)準(zhǔn)，即為原子時。

目前國際原子時（TAI，International Atomic Time）是全球50多個國家的實驗室中400多個原子鐘所測定時間的加權(quán)平均值。由于這些原子鐘的平均海拔已經(jīng)超過了海平面，這使得它們組成體系的時間減慢了大約一萬億分之一，但不妨礙這種體系在計時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

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

游客在位于倫敦的本初子午線紀(jì)念碑合影 來源丨維基

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（也就是天文觀測結(jié)果）的近似，UTC有時會調(diào)整依據(jù)TAI計算的參數(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)測的，這也使得我們總在要調(diào)整時間時才被通知目前所使用的時間已經(jīng)與觀測到的時間不一致了，人生突然就會被加上一秒。

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(jì)，很多服務(wù)依賴于精確的時間戳（利用數(shù)字簽名等技術(shù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包含時間等信息），因此時間的變化會引起很多網(wǎng)絡(luò)服務(wù)上的問題。有關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)組織一直在爭論是否應(yīng)當(dāng)繼續(xù)這種做法。

4

月亮在給地球“踩剎車”

時間標(biāo)準(zhǔn)之所以變得這么復(fù)雜，主要還是因為地球的自轉(zhuǎn)速度太過隨性。

地球自轉(zhuǎn)速度的規(guī)律可以總結(jié)為在長期變慢的基礎(chǔ)上時快時慢，其中長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，每個晴朗的夜晚，清冷的月色都普照大地，給人們帶來種種遐想。但其實，月亮正在偷偷地給地球“踩剎車”，同時悄悄地遠離我們。

阿波羅任務(wù)中從月球看向地球的照片 來源丨維基

這是因為月球與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程中。這使得地球的自轉(zhuǎn)速度減緩的同時，月球離地球的距離也越來越遠。

具體來說，月球每年遠離地球3.8厘米，而每100年地球自轉(zhuǎn)的周期（1天）將會變長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的一天變長，但另外一個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)量會更靠近地球的核心，自轉(zhuǎn)的速度也會隨之提高。近年來地球自轉(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。因此我們感到時間易逝，只是因為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(jù)實際測算，以目前的變化速度來看，我們離負閏秒還差得遠，地球上的一天還是在變得越來越長。

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