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关于时间和测量,你所不知道的那些趣事儿

关于时间和测量,你所不知道的那些趣事儿

作者: 林小悄 | 来源:发表于2022-06-06 22:39 被阅读0次

两千多年前,一个恋爱中的女子,独自在城墙上溜达,只为能见一见她的心上人。可惜她整整等了一天,那个一袭青衫的他,也没有出现,于是这个女子只觉得一天的时间,竟犹如三个月那样漫长难熬。

女子说,青青子衿,悠悠我心。女子又说,一日不见,如三月兮。

这种度日如年的感觉,不少人都有过,但有多少人曾仔细想过,到底什么是一日,什么又是三月或一年呢?

没错,日、月、年是时间的单位。而除了时间,长度、面积、容积、重量等,也都有各自的单位,我们每天都在使用这些单位,但却很少有人能准确地说出这些单位的由来。

正如宋宁世在《计量单位进化史:从度量身体到度量宇宙》(以下简称《计量单位进化史》)中所说:“单位”对于我们每个人来说,已经是习以为常的东西,我们从小到大的使用过程中,都不需要去思考单位是怎么来的。

但宋宁世这位环境工程专业博士,不但去思考了单位的由来,还结合专业知识,做了大量的业余研究,著成《计量单位进化史》一书,从历史、科学、趣味知识等多个角度,对“计量单位”展开全面的介绍,向我们展示了计量单位的前世今生。

计量单位是随着人们对事物的测量开始的,原始人类又是从哪里得到了“测量”的灵感的呢?答题是时间。

那么就让我们透过古今人们对时间的认识与测量,来一窥时间单位的形成与发展吧!

计时,自成一统的测量体系

流行的网络玄幻小说中,有一种“时间为尊”的概念备受推崇。这类小说的设定中,掌控时间之力的角色往往能立于不败之地,这大概与人们所能感受到的时间的神秘感不无关系。

即便缺少自然科学知识,通过长期的观察,古人也能感受到时间力量的强大:自然界的日升月落、春华秋实,与人类自身的生老病死,都要受到时间这一神秘力量的主宰。

在经历过无数次的昼夜交替后,人们自然而然地找到了最原始的测量时间的方法:以日出的周期为界限,划分出了“一天”的概念。不过,因为时间的微妙,人们虽然很容易找到“一天”与日出日落的关系,但想要更精确地对时间进行测量,却仍极为艰难。

《计量单位进化史》中,宋宁世为我们讲述了古代中国人的计时方式和工具:

古人通过长期观察,先发现了每天正午时分,物体影子最短的现象,随后又发现,两次出现物体影子最短间的时间,竟然也是相同的。在找到这个天然的“基准”后,聪明的古人,将其等分成十二份,并将每一份称为一个时辰(2小时),还制造了最早的计时工具——日晷。

不过时间的测量,需要复杂的天文观测做支撑,对普通人而言十分复杂,因此时间虽然最易被人感知,其测量体系最初却与大众生活中的长度、容积、重量等有着极大的区别,自成一统。

长度、容积和重量,都可以由国家权力机关规定和颁布实物作为标准,但因时间看不见摸不着,时间的标准却不是统治阶级想说得算就说得算的。换句话说,时间有独特的“平等”属性。

时间,对人类而言皆平等

白居易说:可怜九月初三夜,露似真珠月似弓。

唐朝的白居易,在一千多年前的九月初三之夜,看见了如弓的弯月。如今的我们,在每年九月初三的夜晚,能看到的月,也是同一个模样。说得更夸张一些,从史前到如今,古今人类每天所看见的仍是同样的日升日落与月圆月缺。

正如宋宁世在《计量单位进化史》中所说的那样,统治者们虽然能用历法制度,来满足自己“永葆江山”的美梦,却无法用政令修改月相。也就是说,时间对于全体人类而言是平等的。

统治者们可以要求人们以12这个数字来划分一整天的时间,但却无法真正控制什么时候日出,什么时候日落;统治者们可以规定以12来划分一整年的月份,甚至规定花开的时间为春季,落雪时节为冬季,却无法让四季循环以他们的意志为转移。

传说,女皇武则天曾在某个冬季,公布了一道命令百花悖时而开的圣旨。百花迫于皇威,纷纷于飘雪的冬日竞相开放,敢违抗圣旨的,仅有一株牡丹花。

我们不必去探究这一传说的真伪,哪怕它是真的,也仅能证明,人力或可改变花期,但在时间面前仍然无能为力,四时的变换从始至终,仅听时间的号令。

之前我们谈到过,长度、重量等度量衡,都可以由统治者规定和颁布实物作为标准,也就是可以由统治者说了算。但也正因为如此,造成了度量单位在不同的历史时期,存在不同程度的波动。

其中最著名的实例就是打蛇打哪里了——最初是“七寸”,后来却变成了“三寸”,蛇还是原来的蛇,但因长度单位一直在“膨胀”,打的位置虽然未变,所用的度量规格却差异明显。那么,是否可以让度量单位,脱离统治者的人为掌控呢?

比如,以对全人类而言都平等的时间作为一切测量的基础,是不是就可以避免计量单位,因人为因素发生膨胀呢?这虽然是个很好的办法,但将时间测量得又精又准,作为一切测量之根本,却是件并不容易的事!

测量时间,一切测量之始

“近代科学之父”伽利略,在观察家乡比萨教堂天顶吊灯时发现了“单摆现象”,随后荷兰科学家斯蒂安·惠更斯给出了单摆运动公式,并制造出了世界上第一台摆钟。

从此,人类对时间的测量彻底摆脱了对天象的依赖,并越发精确,这让时间测量成为人类其他一切测量基础的梦想,离成为现实越来越近。

宋宁世在《计量单位进化史》中提到,“在100年前,基于传统机械钟表原理的精密计时器已经达到了每年误差仅1秒的水平(来自英国铁路工程师索特制作的真空式摆钟)。”

20世纪中叶开始,先是石英钟给计时的精度带来了颠覆性突破,随后原子钟的发明,更直接将精度提升到了,每千万年甚至每亿年1秒的程度。不过随着计时科技的发展,人们发现地球绕太阳公转的过程中,一年中太阳两次经过天空中同一参考点的间隔误差,竟长到十几秒。

于是,人们不再执着于以天体运行规律,来度量时间,而是将目光锁定在了宇宙中最基本的原子和能级上,并发明出了铯原子钟,于是万物的测量基准来了:铯–133原子基态的两个超精细能级间跃迁所释放的电磁辐射的频率为9192631770赫兹,也就是1秒振动9192631770次。

从此,1秒有了独一无二的精确定义:电磁辐射振动9192631770个周期的时间。这个定义,即不需要看任何统治者的“脸色”,也不需要“看天色”。

而作为一切测量之始,长度等其他度量单位,在时间单位秒被正式确定后,只需与时间挂钩,就可以实现不看人“脸色”的进步,比如1983年的国际计量大会上,将“米”正式定义为“光在真空中传播299792458分之一秒所经过的长度”。

正如《计量单位进化史》所说,“对于测量而言,时间是一个根基性的量,说时间是万物测量之始也绝不夸张”,此言不虚。

写在最后

唐安史之乱后的某一天里,张继途经苏州,在客船里听到寒山寺的钟声,知道时间已是夜半,于是写下千古流传的名句:夜半钟声到客船。夜半敲钟,是唐时寒山寺的习俗,又称为“分夜钟”。

而关于古人如何测量时间,如何划分时间,宋宁世的《计量单位进化史》中,都有答案,而且还不止,中国古代为什么有两种“亿”?为什么没有一个叫“爱因斯坦”的单位?以及与我们每个人的生活息息相关的米、千克、秒背后的故事,书中皆能为我们一一道来。

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