1天有多少個1萬秒（走近SI一秒的時間）

2023-05-26 14:18:14 1

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「現在幾點了？」——這是所有語言中最常見的問題之一，也是自人類社會首次嘗試給出時間坐標以來的一個令人著迷的話題。

今天，讓我們一起了解一下國際單位制（SI）中時間的基本單位——「秒」。

人類時間測量簡史

人類探索時間測量已有數千年的歷史。人類的時間測量史可追溯至公元前2000年左右。

最早的計時器就是日晷，利用太陽下晷針（指時針）的投影方向來測定時間。

日晷的設計各不相同，大到宏偉不朽的埃及方尖碑，小到可搬運甚至是便攜的袖珍版本。基於太陽的計時器有一些明顯的缺點：一是無法在夜間工作，二是建造時需考慮當地的緯度（會影響太陽高度）。水鍾是另一種創新方案，利用水流量來測定時間。但水鍾也有其缺點，例如需要恆定的水壓以保持恆定的流速。

13至14世紀，歐洲出現了機械鐘，利用的是儲存在彈簧或重物中的機械能。

經過數百年創新改進，機械鐘最終在肖特（Shortt clock）時達到設計頂峰。肖特鍾是最精確的商品擺鐘，是20世紀20年代至40年代的最高守時標準。肖特鍾使用了兩個電耦合鐘擺系統（基本擺和輔助擺），並以電磁鐵調節輔助時鐘。

20世紀30年代，石英鐘作為時間標準的時代開始了。

石英晶體具有壓電效應。其反向利用也是現實的：當外加一個電壓時，石英將會產生一個頻率準確的振動。目前典型的現代石英鐘可以達到每天約半秒的準確度，而最精準的石英鐘可以達到在20-30年內僅有大約1秒的誤差。

隨後出現的原子鐘取代了石英鐘，成為最精準的時間標準。

原子鐘的概念最早由開爾文勳爵（國際單位制中溫度單位熱力學溫標的創立人之一）於1879年提出。它基於原子的量子現象，在原子內部只允許發生某些特定值的能量階躍性改變，並隨之發出固定頻率的電磁輻射。

世界上第一臺基於銫133原子躍遷的精確原子鐘由英國國家物理研究院於1955年建造。銫原子鐘目前仍然是最常見的原子鐘，頻率處於微波頻段，比9 GHz略高。正在研發中的光鍾，其頻率位於在光學波段，理論上講，它的準確度可以達到約300億年才減少或增加1秒。

秒的定義是什麼

人類歷史中，很長一段時間裡秒被定義為平太陽日的一小部分，而平均太陽日是由太陽在天空中的位置確定的。1秒精確地等於平太陽日的1/86400。

1956年，國際計量委員會（CIPM）提出了秒的新定義：

秒是自曆書時1900年1月0日12時起算的回歸年的1/31556925.9747。

該定義於1960年被國際計量大會（CGPM）正式採用。

1967年，隨著原子鐘的發展，對秒進行了第二次定義，至今仍然適用：

秒是銫133原子基態的兩個超精細能級之間躍遷時所輻射的電磁波的9192631770個周期的持續時間。

但是，在2019年5月20日，對秒的最新重新定義即將生效，取代第二次定義：

秒，符號s，是SI的時間單位。

當銫頻率Δ νCs，即銫-133 原子無幹擾的基態超精細躍遷頻率以單位Hz，即s-1表示時，將其固定數值取為9192631770來定義秒。

新舊定義有什麼不同？

從技術角度來看，沒有任何不同 ，仍將沿用之前相同定義頻率的微波銫原子輻射來定義秒。

（科學的世界小編不懂）

但是，這次修訂調整了秒定義的文字表述，這樣一來，所有SI基本單位的定義都在文字結構上保持一致。

時間計量的現實應用

當今文明高度依賴時間。工作時間、學校時間表、商店營業時間和火車時刻表都或多或少遵守著時間。

一些行業對計時準確性的要求則要高得多，例如銀行、證券交易所、電信、網際網路通訊和衛星導航等。

如果沒有準確計時，GPS導航會失效電話無法撥通，網上銀行無法轉帳，更不可能通過電子郵件交換可靠信息。

時間是計量學中測得最精確的量，精確的時間是測量其他量的先決條件，例如確定測量長度的雷射頻率，或利用約瑟夫森效應復現標準電壓。

即便這種精確度有時候不見得必要，但我們大多數人在日常生活中接觸到與時間測量相關的事情時，例如家庭用電量、用氣量和其他帳單，總希望能測得準。

時標究竟是什麼？

隨著通訊系統進一步拉近人與人之間的距離，建立起一個全球通用的時標是非常便利的。雖然原子鐘非常準確，但我們不能依靠單個原子鐘來設定整個世界的時間。因此，人們決定利用位於世界各地的若干個鐘的平均值來建立統一的時標。

這種基於「時間標準群」的時標，稱為國際原子時（International Atomic Time，簡稱TAI），由位於巴黎的國際計量局（BIPM）負責協調。

由於地球自轉和公轉與原子中的原子現象沒有直接關聯，因此，TAI與歷史上的天文時之間存在一定的差異。

為解決這個問題，1960年1月1日，協調世界時（Universal Coordinated Time，簡稱UTC）成為時間基準。UTC是在TAI的基礎上加以調整從而與零度子午線的平太陽時相互協調。1972年，UTC成為了所有國家的官方時間。

UTC會受到地球自轉速度減慢等不規律因素的影響，因此它需要與原子時之間進行協調，確保中午永遠在一天的正中間。這既保留了時間測量的一致性的優勢，又使它與天文時相兼容。

本期主編/王惜純

本期小編/嶽 倩

內容來源/歐洲計量組織

（翻譯：中國計量院 宮柯楠 晏劉瑩 高蔚 整理：史玉成）

來源/中國質量報