到底是誰掌控了我們的時間？

當從2008年進入2009年的時候，全世界的所有時鐘都額外地多加了1秒。到底是誰掌控了我們的時間？讓我們來拜會一下全球時間的掌門人。

對於大多數來說，時間是一種「想當然」的東西。日出而作，日落而息。春夏秋冬，又一春。

但究竟什麼是時間？我們又是怎麼測量它的？時間的速度是不是一塵不變的？時間是否有起點？時間最後會不會終結？

這些繞人的問題看似更適合哲學層面的討論，但在實際生活中卻也是非常重要的。這不單單關係到了解我們在宇宙中的位置，還關係到21世紀全世界的正常運轉。

從金融交易到衛星導航，我們每個人都依賴於一個唯一而精確的時間系統。一旦在「時間」問題上出了差錯，損失的可能不僅僅是金錢，還有可能是生命。而丹尼斯·麥卡錫（Dennis McCarthy）正是全球時間的掌門人，確保世界上的所有人使用著「正確」的時間。

和地球上的任何人比起來，麥卡錫更深知時間上的同步對於人們的重要性。但如果你不是成天和原子鐘打交道的話，你怎麼能體會到這一點呢？其實在你的身邊就有一個活生生的例子——全球定位系統（GPS）。

GPS通過圍繞地球的30多顆衛星向地面的用戶發布著高精度的時間戳信號，而這些信號會以光速傳播。

空氣阻力

通過測量來自不同信號的到達時間差異，GPS就可以計算出你和衛星之間的相對位置，進而計算出你在地球上的位置。但是這一切的前提是，所有的時鐘都是同步的。

GPS系統的精度可以達到5米甚至更小，這意味著全世界GPS使用者之間的時間差異必須小於16個納秒（1納秒=10-9秒）。說起來容易，做起來難。

直到1967年「秒」還是使用地球的運動來定義的。這與我們的直覺相符，地球自轉一周是24小時，而1小時又包含了3,600秒。

如果地球本身很「守時」的話，那麼這個定義無可厚非。但地球偏偏不是。地球的自轉每天會變化幾千個納秒，而造成這一變化的大部分是風的作用。

當風吹向山脈的時候，它們就會加速或者減速地球固體部分的轉動，並且把這部分固體的轉動轉移到地球的大氣中。

於是過了幾年之後，地球自轉的這些變化就會使得地球的轉動不再和GPS所使用的高精度原子鐘同步。

閏秒

這正是麥卡錫所關心的。位於美國首都華盛頓，麥卡錫的工作就是緊盯著地球自轉的微小變化，並且設置或者取消「閏秒」。

麥卡錫的這一工作也是國際地球自轉和參考系服務的一部分。它會匯總全世界一系列天文台對地球自轉的觀測數據，而對地球自轉的監測則是通過對類星體的觀測來完成的。

類星體是極為遙遠的星系，其中一些到地球的距離甚至超過了100億光年。它們的中央則是一個超大質量黑洞，通過吸積物質可以發出相當於千億顆恆星的光芒。

由於類星體非常遙遠，因此它們在天空中的位置相對於地球來說是固定不動的。這樣一來它們就形成了一個非常穩定和精確的參考系，由此我們可以用它來測量地球自轉的變化，並使得我們的時鐘和地球自轉同步。

90億次1秒

「在美國海軍天文台我們有許多鍾，」麥卡錫說，「原子鐘會輸出電信號，就像擺鐘的擺動一樣。」不同的是，擺錘擺動一次需要1秒或者幾秒的時間，而原子鐘每秒鐘可以輸出90億次信號。這就為時間提供了一個非常精細的定義。

但是問題好像並沒有就此結束，讓全世界的時鐘同步是另一個更基本的問題。

1905年愛因斯坦的狹義相對論證明不存在絕對的時間。宇宙中任何一個地方的時鐘都和其他的時鐘有著不同的速率。對於GPS來說，這是一個嚴重的問 題。由於衛星位於引力場較弱的高空而且以高速在軌道上相對於地面運動，這就會使得衛星上的時鐘和地面上的每天會差上40,000納秒。

40,000納秒就相當於12千米，因此你就會看到問題的嚴重性。愛因斯坦1905年的狹義相對論和1915年的廣義相對論都被用來校正這一時間「漂移」，只有這樣GPS才能正常運轉，飛機和輪船才能平安到家。

這就是看似簡單的讓全世界時間同步背後的複雜故事。

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