(第二屆分省院科普征文大賽 三等獎 中科院國家授時(shí)中心 蔡宏兵 )
時(shí)間的本質(zhì)是什么,這既是一個(gè)哲學(xué)問題也是一個(gè)科學(xué)問題。古希臘哲學(xué)家亞里士多德在西元前4世紀(jì)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(shí)間,因?yàn)檎l也不知道什么叫做時(shí)間和怎樣控制時(shí)間”。十六世紀(jì)英國物理學(xué)家牛頓認(rèn)為“絕對的、真正的數(shù)學(xué)時(shí)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(rèn)為存在時(shí)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(rèn)為時(shí)間、空間和物質(zhì)的運(yùn)動相聯(lián)系,時(shí)間和空間都是物質(zhì)運(yùn)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(gè)事物的本質(zhì),從它的名字入手也許是一個(gè)很好的方便。
我們現(xiàn)在所說“時(shí)間”這個(gè)概念,對應(yīng)于英文單詞“time”,它的涵義很廣,既包括時(shí)的間隔,一段時(shí)間,又指具體的某個(gè)時(shí)刻,如某個(gè)事件發(fā)生在幾時(shí)幾分幾秒,很精確。我們中國古代一般用“時(shí)”來代替“時(shí)間”,很少說“時(shí)間”?!皶r(shí)間”一詞最早出現(xiàn)在金朝董解元的《西廂記諸宮調(diào)》中:時(shí)間尚在白衣,目下風(fēng)云未遂,這里的“時(shí)間”是目前、當(dāng)前的意思。《尚書》記載早在堯帝時(shí)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(shí)”,就是說堯帝任命羲和這位天文學(xué)家恭敬嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠^測天象,為百姓傳授歷法、四時(shí)之序。這個(gè)“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
計(jì)時(shí)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(shí)間,并用12地支表代表具體什么時(shí)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)?!盎蕖痹缙谖淖质恰?img src="./W020200417411997096562.png" style="border-width: 0px;" alt="" oldsrc="W020200417411997096562.png" />”,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(shí)間單位“年、月、日”都來自于天文觀測。
時(shí)間“秒”對應(yīng)于英文“second”?!懊搿弊衷诠糯负堂?,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(shí)間秒的解釋。再查詢《中華大字典》就有關(guān)于時(shí)間“秒”的定義,雖然與現(xiàn)在的秒定義不同,但也符合當(dāng)時(shí)人們的認(rèn)識。《中華大字典》1909年開始編纂,1914年編成??上攵?,該詞條的錄入者是個(gè)通達(dá)的學(xué)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(diǎn)贊!想想當(dāng)時(shí)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(shí)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(jì)量大會上給出的:“秒是以銫-l33原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級間躍遷輻射的9 192 631 770個(gè)周期的持續(xù)時(shí)間”。為何要取這么不好記憶的一個(gè)數(shù)來定義,因?yàn)橹挥杏眠@個(gè)數(shù)來定義秒,當(dāng)把這個(gè)時(shí)間尺逐級放大,放大60倍到分,放大60倍到時(shí),再放大24倍到一天,這樣一個(gè)時(shí)間尺度才與太陽周日視運(yùn)動周期一致,符合人們的生活習(xí)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(shí)上最后都是與天文時(shí)相聯(lián)系。
國家授時(shí)中心的銫原子鐘
好了,時(shí)間是什么?它反映了天體的運(yùn)動,它是與天體運(yùn)動相聯(lián)系的一個(gè)量。年月日是日月地的運(yùn)動的反映,太陽系在銀河系中以每秒240公里/秒繞銀心運(yùn)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(yùn)動……,大家閉上眼睛,想象下整個(gè)宇宙在運(yùn)動著,宇宙的運(yùn)動帶動著室女座本超星系團(tuán)、本超星系群、銀河系、太陽、地球、月亮運(yùn)動著。年、月、日這些時(shí)間概念它不僅僅反映了日月地的運(yùn)動,事實(shí)上日月地這些局域運(yùn)動是在整個(gè)宇宙運(yùn)動下完成的,好比你在飛機(jī)上玩3個(gè)球的相互繞轉(zhuǎn)一樣,飛機(jī)的運(yùn)動代表了宇宙的整體運(yùn)動,你玩的3個(gè)球的繞轉(zhuǎn)代表的是日月地的局域運(yùn)動。由此可以認(rèn)為年月日事實(shí)上反映了整個(gè)宇宙的運(yùn)動。你也許現(xiàn)在只認(rèn)同年月日反映的是日月地的局域運(yùn)動,但是事實(shí)上每次制定歷法時(shí)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(jì)算,這個(gè)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(yùn)動。天象變,計(jì)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(shí)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(dá)到10^-18量級,相當(dāng)于160億年不差一秒,時(shí)間是所有物理量里實(shí)現(xiàn)精度最高的一個(gè)量。未來人類對時(shí)間的研究必然會在更廣闊的時(shí)空背景下獲得長足的腳步,進(jìn)而推動人類思想的解放。