上下四方曰宇,古往今来曰宙。请随我们进入“时间”的故事。
时间对每个人而言，并不单单仅用来说明我们的生命是由一分一秒的时间构成。时间在很多场合起着至关重要的作用！从农民到航海家，从原始人到现在的科学家，人们的工作、生活，处处都与时间密切相关。可以说，时间左右着一切事物，攸关成败。
原始人：时间是关乎生命安危的大事
在远古时代，人们过着原始群居的渔猎游牧生活，使用最简陋的工具，靠采集和渔猎获取食物以维持生计。为了避风遮雨，他们往往把森林、洞穴等天然场所作为固定的住地。
清晨，太阳从地平线上升起，给大地带来光明和温暖，整个森林都活了过来，这时，原始人开始走出洞穴，在森林里采集果实和猎物，为生存做准备。
在这一天的活动中，原始人时刻注意着太阳，他们要在太阳落山前回到居住的洞穴。因为只有洞穴里，才能躲避夜行猛兽的袭击，躲过寒气雾水的侵蚀，让他们能够安全的渡过整个夜晚。
出于这个目的，原始人很快就意识到“时间”这个问题。根据太阳的位置判断时间的流逝，掌握他们返回洞穴的时间，以保夜晚的安全，增加生存的希望。
图1. 原始人根据太阳判断时间（图源：作者）
古代农民：时间承载着丰收的希望
在农牧业生产中，作物的播种、耕耘、收获、储藏，都需要与季节密切配合。安排得当才能得到好的收成，稍有差错就会造成歉收。于是，人们开始考虑如何准确地辨别季节以确定农时，也就是推算日期和时间，然后慢慢就演变出了最原始的日历。
如果说原始的群居社会离不开“日”这个概念的话，那么对农业民族来说，就不能没有月份、季节和年的确定。
最初，人们根据草木枯荣、鸟兽出没等物候现象来确定月份和季节，并以此指导农业生产。随着物候变化与自然变迁一次又一次重复印入脑海，天象的循环变化同样也留给人们以深刻的印象。于是，人们通过观察日月星辰的运动变化来确定年月季节这些时间，组成日历，指导农业生产活动。
图2. 春种夏长秋收冬藏（图源：作者）
皇权：时间是维持统治的手段
在古代，封建社会的皇帝宣称其统治是顺天意，是真命天子，作为“真命天子”的一个表现就是持有更加准确的时间。时间最主要的体现就是日历。所以在封建王朝，日历上升到法律的层面，称为历法，并设置专门的部门及官员来制定日历。如宋元有司天监，明清有钦天监。
图3. 故宫日晷（图源：网络）
历史上我国许多著名科学家，如汉代张衡、南北朝的祖冲之、唐代的一行、宋代的沈括、元代的郭守敬、明代的徐光启等，都对日历的确定作出了突出的贡献。
每一任新皇帝都希望自己给出的历法比前朝更准，并且会重新颁布历法，纪年等也都要重新开始。这样，历法的主要功能开始发生转移，除了客观上仍为农业提供时间安排外，更多的是偏向非农业的目的：为占星服务、为政治服务、为王权统治的建立和稳定服务。
古代，由钦天监等专职天象观测的官员，通过观测确定日历，但这并不能发布，需要等到皇帝认可后，才能以法律的形式颁布，皇帝的钦定即赋予了历法的国家属性，而诏令颁行则将历法直接赋予了国家法律的属性。
与一般法律的颁布不同，历法颁布的仪式非常讲究，这也说明了朝廷对历法的重视。比如明代颁历，洪武时在九月初一日，永乐时改在十一月初一日，万历后又改为十月初一日，地点先在南京，迁都北京后在奉天门（后改称皇极门，即今太和门）。虽然时间和地点不同，但对日历的重视却是相同的，有记载这样说：“是日御殿，比于大朝会，一切士民虎拜于廷者，例俱得赐”。
图4. 清朝颁布历法的太和殿（图源：作者）
到了清代，颁历典礼更为隆重。在每年的十月初一日，都要在午门举行仪式。乾隆后为避其“弘历”名讳，将“颁历”改称“颁朔”。由于清代的颁朔典礼十分隆重，故在乾隆五年颁朔时，乾隆一时兴起，作了一首诗《十月朔日颁时宪书》，以表其一统天下之得意心态。历法越来越隆重的颁布仪式，说明历法本身有着非同寻常的意义。
航海家：时间是海上航行的指明灯
对于中世纪的航海家来说，航海是非常辛苦的，狂风巨浪的威胁已经不值一提，在海上迷路才是要命的大事。大海无边无际，没有高山大河的标记，迷路是经常发生的事。
一旦迷路，船员无法在途中找到岛屿或陆地，无法补充淡水和食物。而且那时还有一种比渴死饿死更令人头疼的病：坏血病。过去几百年间，这是在海员、探险家及军队中广为流行一种病，有“水手的恐惧”之称。在大海中航行，即使不触礁，不遇到大风浪，迷路几个月后，船上水手会死掉大半。因此，海上准确定时定位是关乎生命的大事。
那个时候，在海上导航和定位被欧洲各国视为第一大事，很多国家都开出巨额大奖支持导航工作。西班牙的菲利普三世于1598年颁布诏书，宣布设立经度奖金，任何人只要找出海上测量经度的方法，就可以得到2000金杜卡托的奖励。后来，其他国家相继跟进，荷兰悬赏一万佛罗林，法国出价十万里弗，英国出价2万英镑（购买力相当于现在的一千万人民币）。
海上导航的关键是“经度”的测量。在英国的哈里森用航海钟获得了大奖以后，远航的轮船上带着几十块航海钟已经是非常正常的事情了，可见航海家对精确时间的迫切需要。
图5. 航行的水手需要精确时间来进行导航（图源：作者）
科学家：时间是科学研究的基础
在现代，时间通常和频率联系在一起，统称时间频率。时间频率目前是实现测量精度最高的物理量。时间频率信号可以通过电磁波传播，直接应用于科学研究和工程技术。基于此，高精度时间频率已经成为一个国家科技、经济、军事和社会生活中至关重要的参量，关系着国家和社会的安全稳定。时间频率技术作为科学技术发展的技术基础，对科技发展具有不可忽略的作用。
2011年9月，欧洲核子研究中心一度宣布他们发现了超光速现象，震惊了整个科学界。如果实验结果被证实，现代物理学的基石——狭义相对论的正确性将受到颠覆性的冲击，现代物理理论大厦将会动摇。这一消息引起了学术界的强烈反应。然后，通过进一步的计算分析，英国科学家与荷兰物理学家认为，实验过程中应用卫星导航系统进行时间同步，对星载原子钟随卫星运动的相关效应考虑不周，出现了时间测量误差，超光速现象并不属实。如果没有时间上的错误，这将给科技界带来一场地震。
作者简介：
李孝辉，中国科学院国家授时中心研究员，博士生导师，国家卫星导航重大专项专家组成员，主要研究时间频率测量、时间同步、卫星导航。
何雷，中国科学院国家授时中心时间频率测量与控制研究室工程师，硕士。主要从事时间频率测量技术，原子钟性能分析技术等方面的研究。
来源：光明网
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