為了計算1秒的時間,人類努力了幾千年
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博爾特可以在 10 秒內跑完 100 米,泳池裡同樣的距離,菲爾普斯用蝶式游到終點只需要 49 秒 82,劉翔能一口氣用 12 多秒跨完 10 個欄。。。
不過今天想跟大家聊的,並不是 「 誰是世界上最快的人」 。
我們來思考一個更深刻的問題 —— 人類到底是從什麼時候,如何開始用時、分、秒來衡量時間的?
為什麼 1 秒的長度,剛好是讀完一次 「 one Mississippi 」 所花費的時間,而不是讀兩次、三次的耗時?
時間無形,而如何測量時間一直都是人類最頭疼的問題之一。
公元前,埃及人簡單粗暴的用日光和影子來粗略估算時間。
這種方法直觀是直觀,但缺點就是真的太粗略了。。。生活技能差一點兒的估計只能靠它辨認出上午、中午、下午。
直到後來,日晷誕生,相同的原理,都是靠日照投射倒影來判斷時間,不過多了更精準的刻度,把時間劃分成好幾個具體的時段。
精準一些的日晷甚至能把一天的時間誤差控制在 15 分鐘內。
除了陽光,古人發現水的流速也是相對穩定的。
於是水鍾誕生,水流滴入帶有刻度的盆中,人們通過水的體積得知具體過了多少時間。
這種計時方式比日光計時法少了陰晴天氣,以及晝夜帶來的局限,但在大冬天某些北方城市就不大適用了。。。
以上這些方法,都算是傳統的計時方式,直到 「 機械時代 」 到來。
17 世紀,發明家們發現了鐘擺,不管鐘擺的重量如何,只要鐘擺長度不變,它擺動的頻率幾乎都是一定的。
擺鐘也因此誕生。
而比起擺鐘更高級的發明,就是石英鐘了。
石英這種晶體,在受到電池電力的影響時會產生有規律的振動 —— 平均每秒振動 32768 次,每完成一次振動周期,電路的信號會 「 告訴 」 秒針挪動一步。
不管是,估計差友們也想到了,不管是通過陽光、水、鐘擺,還是晶體振動,計算和測量時間的方法,就是得找一個自帶周期性的東西作為參考。
而周期當然是也精細越完美。別以為十幾分鐘的誤差不算太大,你要是放在股市裡,幾秒鐘的誤差都可能讓幾百萬打水漂。。。
好在在今天,我們找到了一種更小,周期更細緻的東西,原子。
科學家發現了銫這種原子 Cs 。
它在被微波激光射擊後,會產生能量級的改變,而完成一次改變銫原子會震蕩 9192631770 周。
9192631770,夠精細了吧?!
反正國際計量組織是這麼覺得的。
在 1963 年的第 13 屆國際計量大會上,他們決定銫原子完成這麼一次能量變化所耗費的時間,就是 1 秒。
銫原子鐘
而採用這種方法計時,我們可以把時間精準到 1/9192631770 秒。
不過即使精確到 1/9192631770 秒這個量級,誤差依然存在,我們用銫原子鐘計算出來的時間,被稱為原子時間,這跟宇宙里因為地球旋轉、軌道等因素而產生的世界時間目前並不能做到完美同步。
有誤差當然就要人為校準啦。
在 2017 年 1 月 1 日的 7:59:59 之後,地球上每個人都獲得了額外的一秒鐘,也就是說在這天的 7:59 分有真正的第 60 秒,這一秒,被稱為 「 閏秒 」。閏秒,就是用來校準原子時間和世界時間的關鍵 1 秒。
但也正是因為這 1 秒,會對像類似於股票市場、GPS 定位等依賴於時間的高精度工作製造很多不必要的麻煩,所以國際計量協會正在考慮要不要取消掉閏秒,放飛時間,到萬不得已的時候在改次大的。
最近,有研究人員發現了一種新元素 —— 鍶,它在 1 秒內完成一次能量級變化會震蕩 430 兆周。
也就是說,我們用來計量時間的刻度可能在不久的將來會更細緻。
而這一個進步,可以讓我們離世界時間越來越近,說不定在未來,我們可以從根本上解決掉閏秒,完全與宇宙同步。
圖片、資料來源:1. YouTube 視頻:This 3D Quantum Gas Clock Could Redefine Time2. 萬維博客:時間是什麼?3. 維基百科:銫原子鐘4. 知乎:一秒究竟是怎麼定義的。
「 時間簡史? 」