你能秒杀我? 但是你知道"秒"是怎么来的吗?

中科院物理所 2022-02-14 10:41

你17张牌能秒杀我 (手动狗头) ? 说到秒杀，我先问你一个直击灵魂深处的问题，你知道什么是“秒”吗？秒是怎么测出来的？其中每一秒有多长呢？这一期我就给大家讲讲秒的由来。

秒的由来

据《僧只律》记载：“刹那者为一念，二十念为一瞬，二十瞬为一弹指，二十弹指为一罗预，二十罗预为一须臾，一日一夜为三十须臾。”那么一“弹指”就是7.2秒，一“瞬间”大约0.36秒，而我们常用的“一刹那”应该就是0.018秒。

时间“秒”是直到十四世纪中期才出现的一个概念，它虽然很短，却可以做许多事情。比如，一秒钟可以决定奥运赛场上百米冠军的归属；一秒钟猎豹可以在草原上飞奔28米；一秒钟蜂鸟可以振翅55次；一秒钟运动员心脏跳动一次大概可以输送60毫升的血液；一秒钟光就可以跑30万千米。

那么秒是从何而来呢？

这与人们的认知过程是一致的。由于地球的自转，会出现日出日落，就产生了“天”的概念。随着天文学的发展，人们认识到地球在自转的同时还绕太阳公转，于是创造了“年”的概念；而月亮绕地球公转就形成了“月”的概念。

随着社会的进步，人们逐渐需要将“天”划分为更小的单元，以便进行社会生产并开展各类社会活动。这在世界各地历史上都有过记载。古埃及人一开始将白天划分成10个小时，他们制作了T型日晷，利用太阳对其形成的影子来实现白天10小时的测量。为了更方便的等分时间，没有直接采用10，而是采用了12作为等分单位，可能是因为12比10具有更多因数，于是白天就形成了12个小时。再后来他们发现白天的时间划分已经完成，可晚上的时间还没有划分，许多事就陷入了混乱。于是他们对夜空中的星星进行观测，利用星象将夜晚的时间也划分成12个小时。这样，一天24个小时便确定了下来，传播到世界各地并沿用至今。

随着科学技术的不断发展，需要继续对“小时”做出更精密的划分。一千八百多年前古希腊天文学家克罗狄斯·托勒密在他的一部叫做《天文学大成》的著作里将一个圆定义为360度，每度定义为60分，而每分又定义为60秒，这种弧度划分方法在几何数学与天文学中得到了广泛的应用。许多人对“小时”进行了不同的分割，但天文学与时间测量一直紧密相关，在十四世纪中期有人将弧度的划分方法直接引入到时间测量中，他们将每小时划分为60分，每分也定义为60秒。至于为什么是60，大概也是因为60具有较多的整数因数，更容易将其进行更多等份分割的缘故。

虽然十四世纪的时间划分已经出现了“分”和“秒”的概念，但由于当时技术条件所限，时间测量方法或装置难以达到分秒这种精度的分辨率，所以“分”和“秒”的概念在当时并没有得到广泛的应用。直到十七世纪，航海导航中地理经度的确定对精密时间测量提出了更高的要求。另一方面，时间测量科学在当时也得到了较好的发展。因此，那个时候的摆钟或机械钟上开始出现了分针和秒针。在1675年意大利科学家托·李维欧·布拉提尼出版的《世界测量》中首次出现了秒的定义，他明确说一秒就是一个“太阳日”的1/86400。

二十世纪天体测量学取得了突飞猛进的发展。天文学家们首先定义了以地球自转为基础的“太阳时”，一秒就定义为一个“平太阳日”的1/86400。后来天文学家们又引入了一种以太阳系内天体公转为基准的时间系统——历书时。1955年国际天文学联合会（IAU）将秒定义为1900年1月0日12时回归年长度的1/31556925.975。1960年的第十一届国际度量衡大会（CGPM）上正式采用该结果，并使用了1956年精化后的1/31556925.9747作为秒定义的正式结果。

1955年英国NPL研制的铯原子钟

量子力学的发展，使一种新型的时间测量装置得以出现——原子钟。1955年，英国皇家物理实验室（NPL）率先研制出了可操作的铯原子钟。仅仅过了三年，通过美国海军天文台（USNO）以及英国NPL的科学家将铯原子跃迁与观测月球运动得来的历书秒相比较，将铯原子跃迁9192631770次确定为新的秒值。在1967年10月13日下午4点30分，第13届国际度量衡大会（CGPM）决定正式采用铯原子跃迁的9192631770次作为新的秒定义——原子秒。这个定义一直沿用至今，它已经在我们的日常生活和各类科学研究中广泛应用。

作者: 武文俊

改编、朗读：王翔

策划：陈琳、刘永鑫

编辑、制作：陈琳、魏栋

科学顾问：李孝辉

监制：窦忠

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原标题: 反映地球自转的世界时①: 秒的由来

来源：国家授时中心