一秒是怎樣定出來的,一秒鐘有多長?

2020-12-06 冷知識大學問

這個問題乍看起來似乎很好回答,鐘錶「滴嗒」一響不就是一秒鐘嗎?其實並不這麼簡單。你任意拿兩隻鐘錶來對照就會發現,它們各自「滴嗒」一響所經歷的時間就不同,即使同一隻表,這個「滴嗒」一響的時間也是在變得。那麼我們到底以哪一隻表為準呢?

這個問題同一米、一公斤都有一個標準一樣,必須給一秒鐘有多長定一個標準。

古時候,人們覺得太陽很有規律地繞地球轉動,每天繞一圈(實際上,這是地球自轉的反映),因此人們很自然地利用太陽這種視運動來計時。

比如說,現在是中午十二點正。這指的是什麼呢?這是指太陽「正好在頭頂上」的時候,也就是太陽在一天中位置最高的時候(即太陽通過本地子午圈的時刻),我們把太陽兩次通過這個位置所經歷的時間定為一天,這較真太陽日。

並把它的86,400分之一稱為一秒,這樣定下的一秒是真太陽時秒。但是太陽這種視運動並不是均勻的。有時快一點,有時慢一點,這樣一天的時間有時就會短一點,有時長一點,最長的一天與最短的一天會相差51秒之多。

這是因為地球繞太陽的轉動軌道是一個橢圓,夏天離太陽遠點,走得也慢一點;冬天正好相反,走得快一點。

又因為地球繞太陽的轉動軌道(黃道)與地球的赤道也不在同一個平面,所以一年中每天的長短都不一樣,這樣一秒的長度也是不斷改變,這是很不方便的。為了彌補這個缺點,可以假想天上有這麼一個「點」,在赤道上移動,不過它的移動速度是均勻的,等於太陽視運動的平均速度。

這個「點」我們稱為「平太陽」。平太陽連續兩次經過子午圈的時間間隔叫一天(一個平太陽日)。所以,我們講中午十二點正,實際上是指這個「平太陽」在我們頭頂上經過子午圈的時刻。它與真太陽經過子午圈的時刻是不一樣的,最多會差到16分鐘。

一年中只有四天它們才一樣。我們把一個平太陽日的86,400分之一定為一個平太陽時秒,這也是我們平常鐘錶「滴答」一響應有的標準長度。這種時間稱為平太陽時(簡稱平時)。這種平時就比較均勻了。

不過它是有地方性的。為此世界上把整個地球分成24個時區,基本上每個區用統一的時間。我國一般都採用東經120度第八時區的時間,即北京時間。收音機裡聽到的就是北京時間。

至於上海天文臺在9351千周和5430千周發播的時間是世界時,它是指英國格林尼治(地理經度為零度)的時間。

上面講的一秒長度是根據地球自轉定出來的。這樣定的一秒長度會不會變呢?「只有人們的社會實踐,才是人們對於外界認識的真理性的標準。」

實踐表明,這種秒長並不是不變的。原來地球的自轉不是很均勻的,有時加快有時又變慢。這樣一天的長度也時長時短,秒長也相應時長時短。這給某些工作帶來困難,為此需要更均勻的時間。

「社會實踐的繼續,使人們在實踐中引起感覺和印象的東西反覆了多次,於是在人們的腦子裡生起了一個認識過程中的

突變(即飛躍)產生了概念。」人們認識到,任何一種均勻的周期性運動的變化過程都可用來計時。

地球除了自轉還有公轉運動,一年繞太陽一周。儘管地球公轉速度時快時慢,但它的公轉周期卻相當穩定。因此把一個回歸年(即地球公轉一周的時間)的若干分之一作為一秒的話,這種秒長也一定相當穩定。

曆書時就是基於地球公轉運動的一種計時系統。人們用1,900.0年回歸年長度的31,556,925.9747分之一算作一秒的長度,這種秒稱為曆書時秒,並規定86,400曆書時秒為一個曆書日。

這種時間廣泛應用在編算天體的位置,各種天象發生(如日、月食)等工作中。「事物都是一分為二的」。曆書時雖然在理論上還沒有發現多大缺陷,但在實際測量中比較困難,測量誤差很大。於是人們又繼續尋找其它的計時基準。

原子時就是近十年確定的又一種計時系統。原子從某種能量狀態轉變為另一種能量狀態時會輻射(或吸收)固定頻率的電磁波。把這種頻率累積起來就可以計時,這就是原子時。原子時和平時、曆書時一樣,也是基於一個穩定的周期性運動的變化過程。

人們規定銫原子產生的電磁波振蕩9,192.63兆次所經歷的時間為一秒。這種秒響應稱為原子時秒。目前原子時已經越來越廣泛地應用到導航、人造衛星等國防和科學研究中。

平時、曆書時、原子時是目前的三種計時系統,它們之間互有聯繫,可以精確換算。但是它們彼此不能取代,各有各的用處,都是國民經濟和國防、科研中不可缺少的。

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