“時間”是什麼?終於搞清楚了!

時間是公平的。時間是把殺豬刀!

星星的位置天文學家已經很好測定過,也就是說這隻天然鐘面上的鐘點數是很精確知道的。天文學家的望遠鏡就好比鐘面上的指針。在我們日常用的鐘上,是指針轉而鐘面不動,在這裡看上去則是指針“不動”,“鐘面”在轉動。當星星對準望遠鏡時,天文學家就知道正確的時間, 用這個時間去校正天文臺的鐘。這樣天文學家就可隨時從天文臺的鐘面知道正確的時間。

“時間”是什麼?終於搞清楚了!


故宮太和殿前的日晷

時間是一種客觀存在。時間的概念是人類認識、歸納、描述自然的結果。在古中國,其本意原指四季更替或太陽在黃道上的位置輪迴,《說文解字》曰:時,四時也;《管子•山權數》說:時者,所以記歲也。隨著認識的不斷深入,時間的概念涵蓋了一切有形與無形的運動,《孟子•篇敘》注:“謂時曰支幹五行相孤虛之屬也。”可見時是用來描述一切運動過程的統一屬性的,這就是時的內涵。由於古代人們研究的問題基本都是宏觀的、粗獷的、慢節奏的,所以只重視了“時”的問題。後來因為研究快速的、瞬時性的對象需要,補充進了“間”的概念。於是,時間便涵蓋了運動過程的連續狀態和瞬時狀態,其內涵得到了最後的豐富和完善,“時間”一詞也就最後定型了。

時間與重量、長度、面積、體積、角度、貨幣和價值不同。我們按巴比倫人的方式把它分成小時和分鐘,但它總無情地向前,時而“飛逝”時而“拖拉”;時間像東流的水,時間像奔馳的列車,一去不復返,並且永遠不能像黃金或幾何形狀一樣保存。“沒有什麼辦法可以將一段‘時間的量’直接與另一段進行比較。無法存儲、取出一段時間或將其與另一段時間比較”,亞瑟•克萊恩在《測量的世界》中寫道。計時器上的指針,或液晶顯示器上的數字讀數,顯示的並非時間本身,而是種機械或電子排布。

當然,時鐘和計時員所測量的是與自然界的變化、運動和事件進行比較的循環運動週期。時間的測量本質上是將一個運動週期與另一個運動週期進行比較,如呼吸的節奏、分針轉數、白天和黑夜的交替。時間究竟是社會測量還是自然測量,很難回答。

兩千多年前中國的孔子說:“逝者如斯夫! 不捨晝夜。”感嘆時間像流水一樣不停地流逝,一去不復返。太陽東昇西落,月有陰晴圓缺,四季更替,寒來暑往,花開花謝、大雁南飛……從古至今,自然界就是這樣演繹著春夏秋冬的變化,週而復始……時間計量總是片刻不離地伴隨著人們的日常生活和社會生產活動,那麼,中國古人是怎樣計量時間的呢?

土圭

在人類剛開始的時代,人們都是“日出而作,日入而息”,沒有計量時間的工具, 但是隨著生產力的發展, 人類的智慧開始體現,就出現了各種各樣的計時工具。土圭(tǔ guī)是最古老的計時儀器,是一種構造簡單,直立地上的杆子,用以觀察太陽光投射的杆影,通過杆影移動規律、影的長短,以定冬至、夏至日。

漏刻

漏,是漏水的壺,藉助水漏出的多少來計量時間的流逝,是守時設備;刻,是帶有刻度的標尺,用來標明漏水所反映的具體時間,是報時設備。將漏和刻結合起來,就產生了測時設備——漏刻。漏壺的最早記載見於《周禮》。這種計時裝置最初只有兩個壺, 由上壺滴水到下面的受水壺,液麵使浮箭以示刻度( 即時間),保持上壺的水位恆定是滴漏計時準確的關鍵。據梁代的《漏刻經》稱,刻起源於傳說中的黃帝時代。先有漏後有刻,即起初以漏多少壺來計量時間,這樣十分麻煩且計時難以準確,於是節制漏水速度並在壺壁上刻有標誌的漏壺就出現了。

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從記載和考古證明,嚴格意義上的漏刻啟用於漢代。漢代許慎的《說文解字》稱:“漏,以銅(銅壺)受水;刻節,晝夜百刻。”由此推知,漢代是以刻來計時的,當時的一刻略小於15分鐘,這與今天我們稱15分鐘為一刻鐘有一定的聯繫。漏刻又稱水鍾。在機械鐘沒有出現以前,它一直是宮廷測時的主要設備。在漢代,出現了帶有補償壺能保持恆定水壓的漏刻。張衡時,將有虹吸管的漏刻與渾天儀連接起來,製造出了自動水運渾天儀。唐代,一行和尚還把漏刻改造成能自動報時的“自鳴鐘”。到了宋代,燕肅利用漫流原理製造出蓮花漏,才使漏刻的製造形成定式,並沿用了數百年。

我國發明的銅壺滴漏比外國製作的滴水計時器要早得多,應用也普遍,成為歷代計時的重要工具。

日晷

日晷,本義是指太陽的影子。現代的“日晷”指的是人類古代利用日影測得時刻的一種計時儀器,又稱“日規”。其原理就是利用太陽的投影方向來測定並劃分時刻,通常由晷針和晷面組成。最常見的設計,也就是最普通的就是所謂的庭園日晷,讓日影投射在一個標有時刻的平面上,當太陽移動時,影子所指示的時間也將跟著變動。其實,日晷可以設計在任何物體的表面上,讓固定的指針產生陰影來測量時間。因此,日晷有許多種不同的形式:如地平式日晷、赤道式日晷、子午式日晷以及卯酉式日晷等。

日晷的早期歷史尚不清楚,最早的可靠記載是《隋書·天文志》中提到的袁充於隋開皇十四年(594) 發明的短影平儀( 即地平日晷)。赤道日晷的明確記載初見於南宋曾敏行《獨醒雜誌》卷二中提到的晷影圖,但晷盤是木製的。後世改用石質晷盤,金屬晷針。北京故宮等處保存的都是清代製造的石質赤道日晷。赤道日晷的晷面平行於赤道面,晷針指向南北極。

沙漏

沙漏又稱“沙鍾”,是我國古代一種計量時間的儀器。沙漏的製造原理與漏刻大體相同,它是根據流沙從一個容器漏到另一個容器的數量來計量時間。這種採用流沙代替水的方法,是因為我國北方冬天空氣寒冷,水容易結冰的緣故。最著名的沙漏是 1360年詹希元創制的“五輪沙漏”。流沙從漏斗形的沙池流到初輪邊上的沙鬥裡,驅動初輪,從而帶動各級機械齒輪旋轉。最後一級齒輪帶動在水平面上旋轉的中輪,中輪的軸心上有一根指針,指針則在一個有刻線的儀器圓盤上轉動,以此顯示時刻,這種顯示方法幾乎與現代時鐘的表面結構完全相同。此外,詹希元還巧妙地在中輪上添加了一個機械撥動裝置,以提醒兩個站在五輪沙漏上擊鼓報時的木人。每到整點或一刻,兩個木人便會自行出來,擊鼓報告時刻。這種沙漏脫離了輔助的天文儀器,已經獨立成為一種機械性的時鐘結構。

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渾天儀

渾天儀是渾儀和渾象的總稱。渾儀是測量天體球面座標的一種儀器,而渾象是古代用來演示天象的儀表。渾象的構造是在一個大圓球上刻畫或鑲嵌星宿、赤道、黃道、恆穩圈、恆顯圈等,類似現今的天球儀。渾象又有兩種形式:一種形式是在天球外圍一地平圈,以象徵地。天球轉動時,球內的地仍然不動。現代著作中把這種地在天內的渾象專稱為“渾天象”。通常認為渾象最初是由西漢耿壽昌創制。東漢張衡的渾象是他設計的漏水轉渾天儀的演示部分。以後,天文學家還多次製造過渾象,並且和水力機械聯繫在一起,以取得和天球週日運動同步的效果。唐代的一行和梁令瓚,宋代蘇頌和韓公廉等人,把渾象和自動計時裝置結合起來,發展成為世界上最早的天文鐘。

鐘錶

機械鐘錶起源於13世紀末,由落錘驅動。首個公共時鐘於1335年安裝在米蘭每小時敲響一次。英格蘭現存最古老的時鐘在索爾茲伯裡大教堂,可追溯到1386年。在當時,每天的誤差可達半個小時,而鐘面上標記的最小刻度是1小時。在17世紀下半葉,通過引入克里斯蒂安·惠更斯的鐘擺機理,鐘面上開始出現分鐘。隨後在18世紀,天文觀測臺的擺鐘和航海天文鐘有了秒鐘。在公元1800年之前的一個半世紀,時間準確度從每天約10秒提高到1/5秒。

自那時起,時間的測量變得越來越準確。19世紀初的倫敦,普通鐘錶已經可以精確到每天誤差小於1秒,但是這對於保持時間的準確沒有任何幫助,除非時間間隔已經參照天文時進行了校準。據現任鐘錶館長戴維•羅尼透露,這一要求對格林威治天文臺的皇家天文學家約翰·龐德意味著無休止的干擾,因為人們真的上門詢問“我能看看你的時鐘嗎?”。龐德最終被問得煩不勝煩,從而非正式地委託他的助手約翰·亨利·貝爾維在每個工作日的上午將格林威治時間報送到倫敦市區和倫敦其他地區。

這項服務有大約200個客戶。有些是鐘錶製造商,其他則是一些逐漸意識到金融交易時間準確重要性的銀行和市內商行。也有一些私人家庭想通過使用格林威治時間作為身份的象徵。雖然到了1852年也可以通過電報報時,但貝爾維的服務仍有市場,因為電報線路的租金非常昂貴,而且經常發生故障。甚至到了1924年可由廣播報時時,這項服務仍然存在,因為新的無線裝置價格高昂,而且佔用大量的空間,另外還要申請許可證。直至1936年,可通過電話報時的“語音時鐘”問世。

天文時和電子時

每當整點鐘時,正在收聽廣播的收音機便會播出“嘟、嘟……”的響聲。人們便以此校對自己鐘錶的快慢。廣播電臺裡的正確時間是哪裡來的呢?它是由天文臺精密的鐘去控制的。那麼天文臺又是怎樣知道這些精確的時間呢?我們知道,地球每天均勻轉動一次,因此,天上的星星每天東昇西落一次。如果把地球當作一個大鐘,天空的星星就好比鐘面上表示鐘點的數字。星星的位置天文學家已經很好測定過,也就是說這隻天然鐘面上的鐘點數是很精確知道的。天文學家的望遠鏡就好比鐘面上的指針。在我們日常用的鐘上,是指針轉而鐘面不動,在這裡看上去則是指針“不動”,“鐘面”在轉動。當星星對準望遠鏡時,天文學家就知道正確的時間, 用這個時間去校正天文臺的鐘。這樣天文學家就可隨時從天文臺的鐘面知道正確的時間。然後在每天一定時間,例如,整點時,通過電臺廣播出去,我們就可以去校對自己的鐘表,或供其他工作的需要。

天文測時所依賴的是地球自轉,而地球自轉的不均勻性使得天文方法所得到的時間(世界時)準確度只能達到10-9,無法滿足20世紀中葉社會經濟各方面的需求。一種更為精確和穩定的時間標準應運而生,這就是“原子鐘”。世界各國都採用原子鐘來產生和保持標準時間,這就是“時間基準”,然後,通過各種手段和媒介將時間信號送達用戶,這些手段包括短波、長波、電話網、互聯網、衛星等。

格林尼治時間,亦稱“世界時”,是格林尼治所在地的標準時間。不光是天文學家使用格林尼治時間,就是在新聞報刊上也經常出現這個名詞。我們知道各地都有各地的地方時間。如果對國際上某一重大事情,用地方時間來記錄,就會感到複雜不便。而且將來日子一長容易搞錯。因此,天文學家就提出一個大家都能接受且又方便的記錄方法,那就是以格林尼治的地方時間為標準。格林尼治是英國倫敦南郊原格林尼治天文臺的所在地,它又是世界上地理經度的起始點。對於世界上發生的重大事件,都以格林尼治的地方時間記錄下來。一旦知道了格林尼治時間,人們就很容易推算出相應的本地時間。例如,某事件發生在格林尼治時間上午8 時,中國在英國東面,北京時間比格林尼治時間早8小時,我們就立刻知道這次事情發生在相當於北京時間16時,也就是北京時間下午4時。

協調世界時

世界時是採用天體測量的方式測定時間,而因為各種因素,相對於原子時會有微小的誤差。為了協調世界時和原子時,科學家們在處理協調世界時,協調世界時(UTC)秒以下的數字採用原子時的數據。當世界時和原子時差別達到一秒時,會進行跳秒或者負跳秒。具體程序如下:當世界時慢了,就讓UTC增加一秒。當世界時快了,就讓UTC減少一秒。

跳秒或負跳秒只在12月31日或6月30日進行。跳秒由國際時間局作出決定,提前通知各授時單位,全世界統一執行。由於時差的關係,對於不同的國家可能不一定在晚上進行跳秒和負跳秒。

現代化的生產線,每天生產的產品數量數以萬計,更加註重時間計量,每分每秒生產線上的數據都關係到整個工廠的運轉,如果一個環節出現了時間延誤,就會造成整個生產流程不能按時按量完成,有時會產生產品積壓,有時就會達不到最高效率。這就需要國家質量基礎(NQI)中的各種要素緊密聯合起來,制定嚴格的標準,使用的各種時間儀器都經過計量合格,這樣在測試和生產過程中,就能有效避免時間不同步帶來的誤差。

END


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