时间不必精确——原因如下

时间不必精确——原因如下

这是官方消息:闰秒的时间已经屈指可数了。

到 2035 年,全世界的计算机将减少一个基于人类时间的故障原因。小学生在记忆日历时将减少一个令人困惑的计算。

我们的日子在不断变化:地球自转的微小差异会在数月或数年内累积起来。为了弥补这一差异,世界时间的权威机构会时不时地增加一秒,让日子回到正轨。自 1972 年引入该系统以来,我们已经经历了 27 次闰秒。

但闰秒一直代表着更深层次的差异。我们对一天的理解是基于地球自转的速度;然而我们却在原子的帮助下定义了秒——就科学家、计算机等而言,秒是时间的实际基本单位。这是一个明确的差距,使天文学和原子物理学相互矛盾。

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上个月,全球标准时间的守护者选择了原子物理学而不是天文学——专家表示,这很好。

“我们永远不会放弃计时受地球自转控制的理念。[但]事实上,我们不希望它严格受地球自转控制,”巴黎国际计量局 (BIPM) 计时员帕特里齐亚·塔维拉 (Patrizia Tavella) 表示。BIPM 是一个多政府机构,其职责之一是将各国的官方时钟统一起来。

日是一个相当奇怪的时间单位。我们通常认为它是地球绕地轴旋转一圈所需的时间:天文学中的一个数字。问题是,世界上最基本的时间单位不是日,而是秒,而秒的测量单位是更微小的东西:铯-133原子,第55种元素的同位素。

由于铯-133 的原子核会经历微小的能量变化,因此它会以非常可预测的时间释放光子。自 1967 年以来,原子钟每秒精确计算出 9,192,631,770 个这样的时间单位。因此,对于计量学家(研究测量本身的人)而言,一天就是 86,400 秒。

但一天并不总是正好是 86,400 秒,因为地球的旋转并不是恒定的。

细微的运动,如月球的潮汐引力或地球质量分布在其融化的内部结构翻滚时的变化,都会影响地球的自转。一些科学家甚至认为,气候变暖可能会将热空气和融化的水移到更靠近两极的地方,这可能会加速地球的自转。无论原因是什么,它都会导致一年中白天长度的毫秒差异,这对于当今极其准时的计时员来说是不可接受的。这就是他们试图调整它的原因。

国际地球自转和空间系统服务组织 (IERS) 是一家负责制定全球时间标准的科学非营利组织,它定期发布误差幅度的计数,以方便世界各地的计时人员。12 月的大部分时间里,地球自转时间与原子钟时间相差 15 到 20 毫秒。

科学家认为,大约需要一个世纪的时间,时间差才能达到一分钟;而大约需要五千年的时间,时间差才能达到一小时。

每当这个差距太大时,IERS 就会援引闰秒的命令。每年 1 月和 7 月,该组织都会发布关于是否需要闰秒的判断。如果需要闰秒,世界各地的计时员会在 6 月 30 日或 12 月 31 日的最后一分钟加上第 61 秒,以两者中较早的为准。但今年 11 月,国际计量局裁定,到 2035 年,世界钟表大师将搁置闰秒,转而采用尚未确定的方法。

这意味着位于伦敦格林威治的皇家天文台——格林威治标准时间 (GMT) 及其现代继任者世界协调时间 (UTC) 的基准——将与它曾经定义的日子不同步。业余天文学家可能也会抱怨,因为没有闰秒,夜空中的星星观测可能会变得难以预测。

但对于大多数人来说,闰秒只是微不足道的好奇心而已——尤其是与长途旅行者所面临的时区迷宫相比,或者与生活在实行夏令时或夏令时的国家的人们每年必须观察两次的时差相比。

另一方面,增加一个微妙的秒数来使一天的时间完美对齐是有代价的:技术故障和程序员的噩梦,因为他们必须处理不同国家混乱的计时系统。“没有闰秒会让事情变得简单一点,因为不需要偶尔调整,但日常用户不会注意到这种差异,”美国国家标准与技术研究所(NIST)的计时员 Judah Levine 说,NIST 位于科罗拉多州博尔德,是美国政府机构,负责制定国家的官方时钟。

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新计划规定,2026 年,国际计量局和相关组织将再次开会,确定在时间守护者需要采取行动之前,他们可以容忍差异增长到什么程度。“我们必须提出新的容忍度,可能是一分钟、一小时或无限大,”塔维拉说。他们还将提出他们(或他们的继任者)修改数字的频率。

这不是一个需要立即做出的决定。NIST 的计时员伊丽莎白·唐利 (Elizabeth Donley) 表示,“可能没有必要”将原子时间和天文时间相协调。“需要了解天文学和导航时间的用户组可以查找两者之间的差异。”

目前我们无法预测地球自转的变化,但科学家认为,大约需要一个世纪,时间差才会达到一分钟。“几乎没有人会注意到,”唐利说。大约需要五千年,时间差才会达到一小时。

换句话说,我们可以把计算时间的难题留给我们的孙子或曾孙来解决。“也许将来,我们会对地球的运动有更深入的了解,”塔维拉说,“也许,还会有更好的解决方案被提出来。”

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