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2017年12月16日 星期六

丁酉(鸡)年十月廿九

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  时间是物质存在的基本形式之一。可以通过某种选定的物质运动过程来计量时间,把其他一切物质的运动过程与这个选定的过程进行比较,判别和排列事件发生的先后顺序和运动的快慢程度,从而对它们进行观察、分析和研究。通常所说的时间计量,实际上包含既有差别又有联系的两个内容:时间间隔和时刻的测定。时间间隔是指客观物质运动的两个不同状态之间所经过的时间历程。时刻是指客观物质在某一种运动状态的瞬间与时间坐标轴的原点之间的时间间隔。
  广义的时间计量
 客观物质世界的运动和发展的过程是千差万别的。譬如某些天体的年龄可达 100多亿年,而人类有文字记载的历史只有数千年,某些基本粒子的寿命则只有10-24秒。因此从广义来说,按目前人类对客观物质认识的水平,人们是在10-24~1018秒这个广大区间内来计量时间的。对于这样广大的区间,不可能用唯一的物质运动过程来计量时间,必须根据所研究的实际问题,选用不同的时间计量方法。不同的时间计量方法分属于不同的学科分支,有各自的特征。
  目前测量天体年龄的方法,是先测定天体的能量损耗速度和质量,再根据质能关系式估算它的寿命。用这种方法可以计量100多亿年之间的时间间隔。
  测定地球的年龄、岩石形成的时间和各个地质时期的绝对年龄,普遍采用放射性元素衰变法,这是地质纪年学的研究内容。用放射性元素衰变法可以测定数千年到数十亿年之间的时间间隔,用这种方法估算的地球的年龄大约是46亿年。
  研究古生物的生长节律,能推断古生物时代的时间记录,这就是古生物钟。每一块保存较好的化石都可以当作一座时钟,它能告诉我们化石的年龄和古生物生存的地质时代。古生物钟(例如古珊瑚表壁上的环脊)证实了地球自转速率长期减慢的理论,研究这种时间计量方法,属于古生物学的范畴。
  、世纪的时间计量,属于天文学中的历法范畴。由于地球绕太阳的公转周期和地球自转周期没有公约因子,协调这两种天象(四季和昼夜),就成了历法的研究问题。
  在天文学中,通常所说的时间计量并不是指上述广义的时间计量,而是指日以下的时间间隔(105秒)的计量,对于专门的天文台或物理实验室,甚至是指秒以下的时间间隔的计量。同时,还需要确定一个初始历元,作为时间计量的起点。
  时间计量工作 人们最早是利用地球自转运动来计量时间的,其基本单位是平太阳日,也就是通常所说的一天。这种以地球自转为基础的时间计量系统称为世界时。一个平太阳日的1/86,400为世界时的一秒。世界时可以通过天文观测来测定,这种工作称为天文测时。天文测时受睛夜的限制,为了随时获得世界时,要用精密的天文时计将天文测时结果记录下来,并根据天文时计的运行规律随时指示外推的世界时,这种工作称为守时。天文台用各种传递手段,如无线电讯号等将准确的世界时发播出去为各种用户服务,这种工作称为时间服务或授时。时间计量工作可以概括为测时、守时和授时三项内容。
  时间计量单位 随着科学技术的发展,近二十年来对时间计量单位(秒)作了两次重大的改革。二十世纪以来发现基于地球自转的世界时是不均匀的。根据国际天文学联合会1958年的决议,从1960年起采用历书时来代替世界时。历书时是以地球公转的运动为基础的,历书时的秒规定为1900年1月0日12时正回归年长度的1/31,556,925.9747,历书时的起始历元定在1900年1月0日12时。历书时通常是由观测月球来测定的,观测精度较低,一般只能测到0.1秒的精度,无法满足各种科学技术工作的需要。1967年国际计量委员会决定,以原子时来代替历书时。原子时的秒规定为铯原子基态的两个超精能级之间在零磁场下跃迁辐射 9,192,631,770周所持续的时间,起始历元定在1958年1月1日0时。
  对时间计量单位(秒)虽然作了上述重大的改革,但是以地球自转为基础的世界时仍然有广泛的用途。为了兼顾对世界时时刻和原子时秒长二者的需要,国际上规定以协调世界时作为标准时间和频率发播的基础。协调世界时的秒长与原子时的秒长一致,在时刻上则要求尽量与世界时接近(规定二者的差值保持在 0.9秒以内)。为此,可能在每年的年中或年末,对协调世界时的时刻进行一整秒的调整。
  近况 世界时不仅是一种时间计量系统,同时也是对地球自转的直接描述,它是研究地球自转理论的基本数据之一。天文测时的方法和设备在最近几十年中有迅速的发展,所用的仪器有光电中星仪、超人差棱镜等高仪光电等高仪照相天顶筒等。目前综合全世界的天文测时资料可以使测定的世界时精度达到 0.001秒的水平。近几年出现的甚长基线干涉测量和激光测距等技术,将会使天文测时的精度有成数量级的提高。
  近三十年,天文时计也有重大的改革。第二次世界大战后,天文摆钟基本上已为石英钟所淘汰。五十年代以后出现的原子钟,使天文时计发生质变,原子钟不仅是目前最精确的时计(高质量的原子钟每天误差不超过10-9秒),而且是建立原子时的基础。
  由于空间科学、大容量数字通讯、远距离无线电导航等工作的发展,对时间同步的要求愈来愈高,促使授时工作不断发展:传递时间频率的无线电讯号所用的波段,从高频、甚低频发展到所有可用的无线电频谱;传递讯号的机构,从专门的授时台发展到远距离无线电导航台、电视台、直播电视卫星、导航卫星、通讯卫星以及微波中继通讯站;所用的讯号方式,从秒脉冲发展到多脉冲和时间编码等。目前,时间同步的精度已从一毫秒提高到几个毫微秒。
  参考书目
 時研究会编:《時の科学》,コロナ社,東京,1966。
 E.W.Woolard and G.M.Clemence,Spherical Astro-nomy,Academic Press,New York,1966.

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更新时间 : 2009-03-01

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