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第10章 时间的趣话(3)

日界线的西面是“今天”,线的东面是“昨天”。海轮和飞机航行在太平洋上,从西往东越过日界线时,日期就要减去一天,再用上一天的日历,那失去的光阴仿佛重新“返回”来了;如果从东向西经过日界线,就要马上从日历上撕下一页,那一天还没有度过,就要告别,时间仿佛一下子“失踪”了。

人们如果喜欢一年过两个节日或生日,那么只要在节日或生日那天先去斐济或汤加,第二天再去西萨摩亚就行了。因此,光阴的复返,到“昨天”去旅行是完全可能的了。

剪不断理不清的时间

公元4世纪时,古罗马哲学家、神学家圣·奥古斯汀曾经意味深长地说过一句名言:“时间是什么,如果没人问,我知道;但如果需要我解释,我就不知道。”

对于看不见、摸不着,但却又时时意识到的时间,确实是一个千古不解的谜团,各行各业都有自己的格言:

工人说:时间就是财富。

农民讲:时间就是粮食。

解放军战士告诉人们:时间就是胜利。

莘莘学子则认为:时间就是知识。

企业家往往强调:时间就是金钱。

而医生们都懂得:时间就是生命。

实际上,时间既是一个科学问题,又是一个非常深奥的哲学问题。

据说俄国诗人马尔萨克在1914年初访英国时,对英语掌握得还不太好,有一次他上街时忘了带手表,只得询问路人。他彬彬有礼地问一位长者道:“请告诉我,时间是什么?”那人惊得目瞪口呆,愣了半天才说:“这是个哲学问题,你为什么来问我呀?”

有人把钟表当成时间,这是极大的误解。钟表只是计时的工具。在钟表出现之前,时间同样在不断地流逝而去。

古代人们“日出而作,日没而息”。这就是时间的朦胧概念,但却很直观。罗马诗人普拉图斯写道:“我的肚子便是我的报时钟。

在所有的钟表中,它是最好的和最准确的。”

即使有了钟表,还至少有两个问题。第一,是某个事件发生的时刻如何起算。例如,我国第一颗人造卫星“东方红1号”上天的时间若以公元作起点,那么它是1970年4月24日,但如以我们中华人民共和国成立算起,那就是第7510天。正像无锡在苏州以西42千米,但如起点换作上海,那就是127千米。

第二,是如何确定两个事件之间相隔了多长时间。同样一条绳子,用不同的“尺子”来丈量,数值必然不同。

倘用米尺丈量是1.5米的话,那么用市尺去量便是4.5尺,而用英尺计则为4英尺11英寸。

时间同样有个“单位问题”,用肚子饿了几次?读书读了多少页?还是用太阳升起了几回?地球公转了几周?……。

时间、长度、质量,是一切物理单位的三个基本元素,它与空间、运动紧密相连,无法分割。时间问题还是天文学的重要内容,即使到今天,测时、授时仍是一些天文台的重要工作内容之一。

我国陕西天文台就担负着按时发布时间讯号的重要任务。

为了准确地丈量时间,人们不知花费了多少精力,而这种探索和实践,又极大地推动了天文学乃至整个科学的发展。

扑克与历法

玩扑克是一种能消除疲劳的文娱活动。法国人说,14世纪时法皇查理六世患病后,整日闷闷不乐,一位法国学者为了要使查理六世振奋起来,就发明了这种纸牌。比利时人认为,比利时扑克比法国还早13年——1379年就已有了这种娱乐。但近来美国印刷史上的一个权威卡特则认为,扑克牌的最早祖先是中国宋代的“叶子戏”,后来由马可·波罗带到了欧洲……当然,扑克牌也被人用来作为赌具,有许多人被这54张纸牌弄得神魂颠倒,甚至倾家荡产。

可是不管怎么说,扑克牌是功大于过的。在文化落后的年代里,它曾起过教科书的作用。法国红衣主教马柴林担心年轻的国王路易十四贪玩而不好好学习,就编制了一套“教育扑克”。还有一种扑克“K”上绘着欧洲地图,“Q”是法国地图,“J”是西班牙。此外,希腊、英国……等都上了扑克牌,这样居然还取得了很好的效果。扑克一度在欧洲十分盛行。

扑克牌与历法的联系但是,与扑克牌结合得最好的无疑是天文学中的历法了。事实上,它的演变及发展正是受到了历法的影响。你看,一套扑克牌共有54张,52张正牌恰好是一年中包含的星期数;大王、小王则表示天上最重要的两个天体:太阳和月亮。再看它的花色,黑桃、红桃、草花、方块刚好表示了春夏秋冬四个不同季节:黑桃表示春天萌发吐绿的嫩叶,红桃象征着夏天的甜桃,草花与枯黄的落叶相似,方块则是严冬闪光的冰凌,牌中仅有的红黑两种颜色,象征着昼夜的交替:红色表示白天,黑色代表黑夜。

每一个季节平均长13个星期,所以每种花色都有13张牌。再按点计,如果把J当11点,Q当12点,K当13点,A作为1点,那么每种花色的总点数1+2+3+……+12+13=91,这正好是一个季度中包含的天数(历法中可能有一天的出入)。整个扑克牌的总点数为91×4=364,再加上小王一点为365,相当于平年的天数,如果遇到闰年,则可再加上大王那一点。

通用的公历(阳历)是以太阳的视运动来编排的,太阳在一年中顺次经过黄道十二宫。而扑克牌中正好有12张有头像的大牌——四种花色的J、Q、K,它们正好代表了黄道上的12个星座:

双鱼、白羊、金牛(春季太阳所在星座),双子、巨蟹、狮子(夏季太阳所在星座),室女、天秤、天蝎(秋季太阳所在星座)以及人马、摩羯、宝瓶(冬季太阳所在星座)。

当然,日历与扑克牌毕竟是不能划等号的,例如公历中的“月”

在扑克牌内毫无踪迹可寻。其实现代公历中的“月”本身也有些“不伦不类”,它既与太阳的东升西落无关,也与月亮的盈亏位相对不上号,仅是人为地取一个中等长度的时间单位而已,难怪扑克牌中要对它置之不顾了。

21世纪应该从哪一年算起

21世纪究竟是从2000年算起,还是从2001年算起呢?这是个争执已久的问题。

对如何划分世纪,国际上一直存在着争论,争论的焦点是“世纪”与“年代”的关系。在我国的报刊中,“年代”

一词的应用十分广泛,无一例外都从“0”年起始。我国天文学界专家学者认为,如果主张2000年为21世纪的第一年,那么2000—2009年则可称为21世纪的初十年代;如果主张2001年为21世纪的第一年,那么2000年则无法纳入任何年代的一年。因此我国天文学者认为世纪应从“0”开始,2000年应是21世纪的第一年。

月球上一天有多长

月球在环绕地球公转的同时,也在不停地作自西向东的自转运动。所以,月球上也有太阳东升西落的现象。不过,这跟地球上所看到的“日出”和“日落”的情景完全不同。

在月球上看太阳从东边升起后,要经过180多个小时后才能升至中天;从中天移至西边“地平线”落下,又需180多个小时;再经360多小时的黑夜,才算一个“昼夜”。确切地说,地球上的一昼夜是23小时56分04秒;月球上的“一昼夜”则长达27.23天!

当太阳出来后,由于月球的周围没有大气的遮隔,“白天”看到的太阳比地球上看到的太阳要明亮千百倍。月面的温度可达127℃,即使是在“白天”,在月面上,你依然能清楚地看到布满在漆黑天空中的点点繁星和因“地相”变化而残缺不全的地球!

太阳刚一落下,夜幕马上笼罩月球——漫漫的长夜开始了!“黑夜”长达两个星期左右,而且气温下降到-183℃。漆黑的夜空中,你可以看到一轮硕大无比的“明月”——反射着阳光的地球高挂天空,“发出耀眼的光芒”,亮度比咱们在地球上看到的月亮亮度大80倍!

在月亮上设置天文台,最理想不过了,因为没有大气和尘埃的干扰,无论白天黑夜都能清晰地观察星星,比地球上有利得多,比在人造卫星上也要优越得多。

有趣的10点10分35秒有趣的10点10分35秒不知你注意过没有,当你在钟表店选购钟表的时候,或是观赏橱窗里摆着的钟表样品的时候,你会发现所有停着的钟表都是在10点10分35秒上,你知道这是为什么吗?

原来,在这时间的时针、分钟、秒针的这三个表针的位置给人一种很协调的感觉,基本上把表面分成了三等份,使顾客能清楚地看到表的结构。另外,这个时间的时针、分针、秒针像一个欢呼胜利凯旋的人,跳跃着向你走来。“胜利”这个词在英文中的第一个字母是“V”,这三个针正是摆成了“V”形。由于钟表是在欧洲产生的,因此设计师和制造商们就把10点10分35秒作为显示时间的最佳时间。

一秒是怎么定出来的

秒,是人们日常生活中计量时间的最小单位,我们熟悉它就像熟悉千克和米一样,没有谁不用到它。可是多长时间算1秒?转瞬即逝的1秒又是怎样定出来的呢?这倒是一个有趣的问题。

也许有人会说,1秒不就是钟表“嘀嗒”一响的时间吗?不错,一般说来嘀嗒一响的时间是1秒。但是对于几个钟嘀嗒一响的时间是否都一样?就是同一个比较好的钟表,在冬季、夏季、早晨、晚上嘀嗒一响的时间是否也都一样?通过精密的测量知道,它们并不都一样。

实践证明了,几个钟的秒长不都二样。同一个钟的秒长也随时间而变化,那么,究竟以那个秒长为准呢?世界上没有一个共同的秒长,在时向上就不可能有共同的语言。

秒,能不能像米、千克一样,国际上统一制造一个“原器”,大家都用它来校准。

我们知道,人们所用的米、千克开始都是由铂铱合金制成的“国际原器”传递下来的,这些原器存放在专门的地方:四季温度不变,震动冲击减到最小……时间呢?既看不见,又摸不着,也锁不住,那么时间原器在那里呢?

大自然为人类提供了生养休息的场所,也为人类提供了原始的时间基准。人们还是先从宏观世界着眼,研究地球的自转和公转来确定秒长。随着人类的认识深入到微观世界,发明了原子钟以后,才确实能像米、千克的国际原器一样,将标准的秒长保存在实验室里。

利用地球的自转确定秒长——世界时阳光投射到地球上,地球又在不停地由西向东旋转着,这就是自然界给人们提供的“巨大的时钟”。和我们一般的钟表不同,这个巨大的时钟在走动的时候,“指针”不动,“表盘”在转动。指针就是地球的两极与太阳决定的一个平面,表盘就是地球本身,地球上的经线就是表盘的刻度。地球自转时,地球上的各点依次经过“指针”,这不就是一个大钟吗?

这个大钟每24小时转一圈,这就是我们最熟悉的时间单位“日”。

有了明确的日长,积累起来就可以算出月长和年长,等分以后就可以得到时、分、秒。

于是,秒长就可以用这个大钟来确定了,它是日长的1/86400。现在世界上通用的“世界时”就是按着这种地球自转周期来定义的。

地球自转,太阳不动,根据相对运动的原理,在地球上看太阳,就好像太阳绕地球运动一样。天文工作者把太阳连续两次通过地球表面某一个定点的经线(子午线)所需要的时间定为一天,这就是“真太阳日”,真太阳日的1/86400就是真太阳日的秒长。

但是,地球的公转速度并不是均匀的。因为地球绕太阳运动的轨迹并不是一个圆,而足一个椭圆,太阳位于椭圆的一个焦点上。另外,地球自转轴与地球公转轨道平面也不是垂直的;这使得地球在公转轨道的不同地点反映到太阳的位置变化速度不同。这样;真太阳日就有长有短,最长的是12月23日,最短的是9月16日。真太阳日的长短相差最大达51秒。考虑到这种情况,用真太阳日来确定秒长就显得不够准确了。于是,人们采用真太阳日的平均长度——“平太阳日”来确定秒长。由这样的平太阳日定出的时间基准,我们管它叫零类世界时,记作UT0。

同样,平太阳日的1/86400分之一就是平太阳日的秒,即零类世界时的秒长,UT0的秒长。

为此,1886年在法国巴黎召开了一次国际学术会议,接受了美国天文学家纽康的研究成果,得出了“平太阳日”的严格定义,从而引出了世界时的概念。

随着科学技术的发展,人们又认识到,不仅地球公转速度不均匀,而且地球“自转轴”

的位置也在变化。使得两极(南极和北极)在地球表面上的位置亦在变化,通常我们管这种现象叫做“极位变化”或“极移”。

极位变化我们能较准地测定出来。比较好的方法是在纬度相同、经度不同的各点设置许多观测站,分析这些观测点提供的测量数据,就可以求得极位变化情况,极位变化的范围约在20平方米的区域内。

变化这么一点就会影响计时精度吗?

会的,因为世界各地经纬度是以极点为原点定出来的,由于极点的移动,必然会使地球各地的经纬度发生变化,相应的时间也会发生变化。由于这种影响在世界各地是不一样的,所以反映在零类世界时UT0的时间基准的秒长,在世界各地也是不一样的。

使UT0的秒长在世界各地不同的原因还有:北极并不是永远指北。地球由于受月球的吸引而产生“进动”(地球也受太阳吸引而产生进动,因太阳离我们太远,产生的进动很小),地球进动的结果,使地轴指向天空的方向不再是一点,而是一个圆。这个圆回转一周的时间是25800年!现在地轴北极指向北极星附近,在12000年以后将指向北半球天空最亮的恒星——织女星附近,那时织女星就成了北极星了。

为了消除极位变化的影响,我们采用一个平均值,称为“平北极”。以平北极为原点定出的世界时,我们称为第一世界时,记为UT1。

UT1=UT0+△λ这里的△允是对UT0的修正量。对UT0修正以后得到的UT1在世界各地则是相同的。这样,UT1的秒定义有了更为普遍的意义,便于应用了。

经过上述对极位变化的修正,UT1的秒长还是不够均匀的。事实证明各种季节性变化仍然对它产生影响。如季风的影响、植物的生长、雷电的分布等随季节而变化的各种因素,都会造成地球自转的季节性变化。

有人计算过季节风;每年夏季从海洋上吹到陆地上,冬季又从大陆移回到海洋,这些风的重量大得难以相信,竟有枷万亿吨!这么大的重量,从一处移到另一处,过一阵又从另一处移回来,地球的重心变化了,结果地球自转速度也就随之而变化了。这种变化是由季节变化的影响而产生的。

修正了季节性变化的UT1,称为第二世界时,记为UT2。也可以说,在第一世界时UT1,上加上修正量厶乃,就是第二世界时,即:

UT2=UT1+△Ts=UT0+△λ+△Ts第二世界时UT2部分改善了自转速度的不均匀,使秒长的均匀性有了改善。但由于地球的自转还有不规则变化和长期变化,所以UT2这个时间基准还是不够理想的。

地球自转的不规则变化,表现在每过几十年地球自转速度会来一次“跳动”,有几年转得快一些,有几年转得慢一些。

地球自转的长期变化表现在最近2000年来,每过100年,使日长增加1.6毫秒,即地球自转有变慢的趋势。

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