科學普及
(第二屆分省院科普征文大賽 三等獎 中科院國家授時中心 蔡宏兵 )
時間的本質(zhì)是什么，這既是一個哲學問題也是一個科學問題。古希臘哲學家亞里士多德在西元前4世紀就感嘆“我們周圍自然界所不了解的事物中，最不清楚的就是時間，因為誰也不知道什么叫做時間和怎樣控制時間”。十六世紀英國物理學家牛頓認為“絕對的、真正的數(shù)學時間自身在流逝著，它的本性是均勻的。它的流逝同任何外界事物無關(guān)”。很顯然，牛頓認為存在時間這樣一種物質(zhì)，在均勻的流淌，它可以作為絕對的參考系。后來愛因斯坦提出了相對論，他認為時間、空間和物質(zhì)的運動相聯(lián)系，時間和空間都是物質(zhì)運動的屬性。
中國偉大的圣人老子曾說“有名萬物之母”，如果想探究一個事物的本質(zhì)，從它的名字入手也許是一個很好的方便。
我們現(xiàn)在所說“時間”這個概念，對應(yīng)于英文單詞“time”，它的涵義很廣，既包括時的間隔，一段時間，又指具體的某個時刻，如某個事件發(fā)生在幾時幾分幾秒，很精確。我們中國古代一般用“時”來代替“時間”，很少說“時間”。“時間”一詞最早出現(xiàn)在金朝董解元的《西廂記諸宮調(diào)》中：時間尚在白衣，目下風云未遂，這里的“時間”是目前、當前的意思。《尚書》記載早在堯帝時代（約西元前2188—西元前2067年）就“乃命羲和，欽若昊天，歷象日月星辰，敬授民時”，就是說堯帝任命羲和這位天文學家恭敬嚴謹?shù)挠^測天象，為百姓傳授歷法、四時之序。這個“授”字用得太好了，大家體會。
北京古觀象臺的圭表
位于河南登封的周公測景臺遺址
在殷墟的甲骨文里，“時”寫作
，上面“
”表示人的腳趾，前進的意思，下面的“
”表示太陽，所以甲骨文里“時”的意思就是太陽的運動。也就是說很早我們古人就認為“時”代表了天體的運動。再看我們常用的“年”，甲骨文為“
”，表示下面的人背著豐收的谷物，谷物的豐收一般在秋天，也是與天象相聯(lián)系的一個字。而且古人測量一年的長度，就是用的圭表，其直接觀測的天體是太陽。根據(jù)《周禮》，垂立于平地上的標桿或石柱叫表，正南正北方向平放的測定表影長度的刻板叫圭，通過長期的觀測正午時分表影長度，可以精確的計算回歸年的長度。雖然“年”的造字本義與天體的直接關(guān)聯(lián)性不大，但早在西周之前測“年”就是一個天文觀測活動。
，上面“”表示人的腳趾，前進的意思，下面的“”表示太陽，所以甲骨文里“時”的意思就是太陽的運動。也就是說很早我們古人就認為“時”代表了天體的運動。再看我們常用的“年”，甲骨文為“”，表示下面的人背著豐收的谷物，谷物的豐收一般在秋天，也是與天象相聯(lián)系的一個字。而且古人測量一年的長度，就是用的圭表，其直接觀測的天體是太陽。根據(jù)《周禮》，垂立于平地上的標桿或石柱叫表，正南正北方向平放的測定表影長度的刻板叫圭，通過長期的觀測正午時分表影長度，可以精確的計算回歸年的長度。雖然“年”的造字本義與天體的直接關(guān)聯(lián)性不大，但早在西周之前測“年”就是一個天文觀測活動。 計時的常用單位“日”和“月”很顯然跟太陽和月球直接聯(lián)系，甲骨文分別為“
”和“
”。人們通過觀測太陽東升西落，形成了太陽日，月亮的月缺變化周期約30天。古人還發(fā)明了日晷來測量時間，并用12地支表代表具體什么時辰。表示月亮變化的朔（每月初一）、望（每月十五）、晦（每月最后一天）漢字都與“月”部有關(guān)。“晦”早期文字是“
”，左邊是“月”，右邊是“黑”，其本意是陰歷每月最后一天看不到月亮夜晚特別黑。由此我們可以看出人們常用的時間單位“年、月、日”都來自于天文觀測。
”和“”。人們通過觀測太陽東升西落，形成了太陽日，月亮的月缺變化周期約30天。古人還發(fā)明了日晷來測量時間，并用12地支表代表具體什么時辰。表示月亮變化的朔（每月初一）、望（每月十五）、晦（每月最后一天）漢字都與“月”部有關(guān)。“晦”早期文字是“”，左邊是“月”，右邊是“黑”，其本意是陰歷每月最后一天看不到月亮夜晚特別黑。由此我們可以看出人們常用的時間單位“年、月、日”都來自于天文觀測。 時間“秒”對應(yīng)于英文“second”。“秒”字在古代指禾芒，也是長度的單位、容積的單位。查詢《康熙字典》也沒有關(guān)于時間秒的解釋。再查詢《中華大字典》就有關(guān)于時間“秒”的定義，雖然與現(xiàn)在的秒定義不同，但也符合當時人們的認識。《中華大字典》1909年開始編纂，1914年編成。可想而知，該詞條的錄入者是個通達的學者，對西方的科技至少是了解的。不知哪位先賢最先用“秒”來翻譯英文的“second”，給先賢點贊！想想當時我中華雖處內(nèi)憂外患，仍有仁人志士為傳承華夏文明火種而緊跟時代步伐默默努力，向前輩致敬！
現(xiàn)代關(guān)于“秒”的定義是1967年第十三屆國際計量大會上給出的：“秒是以銫-l33原子基態(tài)的兩個超精細能級間躍遷輻射的9 192 631 770個周期的持續(xù)時間”。為何要取這么不好記憶的一個數(shù)來定義，因為只有用這個數(shù)來定義秒，當把這個時間尺逐級放大，放大60倍到分，放大60倍到時，再放大24倍到一天，這樣一個時間尺度才與太陽周日視運動周期一致，符合人們的生活習慣，人們才會接受它。也就是說，不管你秒如何定義，是由擺鐘、石英鐘，還是原子鐘，事實上最后都是與天文時相聯(lián)系。
國家授時中心的銫原子鐘
好了，時間是什么？它反映了天體的運動，它是與天體運動相聯(lián)系的一個量。年月日是日月地的運動的反映，太陽系在銀河系中以每秒240公里/秒繞銀心運動，銀河系所在的本星系群又帶著銀河系相對于微波背景以每秒600公里的速度運動……，大家閉上眼睛，想象下整個宇宙在運動著，宇宙的運動帶動著室女座本超星系團、本超星系群、銀河系、太陽、地球、月亮運動著。年、月、日這些時間概念它不僅僅反映了日月地的運動，事實上日月地這些局域運動是在整個宇宙運動下完成的，好比你在飛機上玩3個球的相互繞轉(zhuǎn)一樣，飛機的運動代表了宇宙的整體運動，你玩的3個球的繞轉(zhuǎn)代表的是日月地的局域運動。由此可以認為年月日事實上反映了整個宇宙的運動。你也許現(xiàn)在只認同年月日反映的是日月地的局域運動，但是事實上每次制定歷法時都是要參考天象的，從古到今都是這樣，紫金山天文臺每年發(fā)布的天文年歷來都要根據(jù)最新的天象來重新計算，這個天象就是日月地系統(tǒng)所處的宇宙環(huán)境，它反映了宇宙的運動。天象變，計算歷法的參數(shù)跟著變，這些變化的結(jié)果就反映到我們?nèi)粘Ｋ褂玫臅r間上。
太陽、地球、月亮
銀河系
本星系群
鍶原子光晶格鐘其穩(wěn)定度已達到10^-18量級，相當于160億年不差一秒，時間是所有物理量里實現(xiàn)精度最高的一個量。未來人類對時間的研究必然會在更廣闊的時空背景下獲得長足的腳步，進而推動人類思想的解放。
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