上下四方曰宇,古往今來曰宙。請隨我們進入“時間”的故事。
時間對每個人而言，並不單單僅用來說明我們的生命是由一分一秒的時間構成。時間在很多場合起著至關重要的作用！從農民到航海家，從原始人到現在的科學家，人們的工作、生活，處處都與時間密切相關。可以說，時間左右著一切事物，攸關成敗。
原始人：時間是關乎生命安危的大事
在遠古時代，人們過著原始群居的漁獵遊牧生活，使用最簡陋的工具，靠採集和漁獵獲取食物以維持生計。為了避風遮雨，他們往往把森林、洞穴等天然場所作為固定的住地。
清晨，太陽從地平線上升起，給大地帶來光明和溫暖，整個森林都活了過來，這時，原始人開始走出洞穴，在森林裡採集果實和獵物，為生存做準備。
在這一天的活動中，原始人時刻注意著太陽，他們要在太陽落山前回到居住的洞穴。因為只有洞穴裡，才能躲避夜行猛獸的襲擊，躲過寒氣霧水的侵蝕，讓他們能夠安全的渡過整個夜晚。
出於這個目的，原始人很快就意識到“時間”這個問題。根據太陽的位置判斷時間的流逝，掌握他們返回洞穴的時間，以保夜晚的安全，增加生存的希望。
圖1. 原始人根據太陽判斷時間（圖源：作者）
古代農民：時間承載著豐收的希望
在農牧業生產中，作物的播種、耕耘、收穫、儲藏，都需要與季節密切配合。安排得當才能得到好的收成，稍有差錯就會造成歉收。於是，人們開始考慮如何準確地辨別季節以確定農時，也就是推算日期和時間，然後慢慢就演變出了最原始的日曆。
如果說原始的群居社會離不開“日”這個概念的話，那麼對農業民族來說，就不能沒有月份、季節和年的確定。
最初，人們根據草木枯榮、鳥獸出沒等物候現象來確定月份和季節，並以此指導農業生產。隨著物候變化與自然變遷一次又一次重複印入腦海，天象的循環變化同樣也留給人們以深刻的印象。於是，人們通過觀察日月星辰的運動變化來確定年月季節這些時間，組成日曆，指導農業生產活動。
圖2. 春種夏長秋收冬藏（圖源：作者）
皇權：時間是維持統治的手段
在古代，封建社會的皇帝宣稱其統治是順天意，是真命天子，作為“真命天子”的一個表現就是持有更加準確的時間。時間最主要的體現就是日曆。所以在封建王朝，日曆上升到法律的層面，稱為曆法，並設置專門的部門及官員來制定日曆。如宋元有司天監，明清有欽天監。
圖3. 故宮日晷（圖源：網絡）
歷史上我國許多著名科學家，如漢代張衡、南北朝的祖沖之、唐代的一行、宋代的沈括、元代的郭守敬、明代的徐光啟等，都對日曆的確定作出了突出的貢獻。
每一任新皇帝都希望自己給出的歷法比前朝更準，並且會重新頒佈曆法，紀年等也都要重新開始。這樣，曆法的主要功能開始發生轉移，除了客觀上仍為農業提供時間安排外，更多的是偏向非農業的目的：為佔星服務、為政治服務、為王權統治的建立和穩定服務。
古代，由欽天監等專職天象觀測的官員，通過觀測確定日曆，但這並不能發佈，需要等到皇帝認可後，才能以法律的形式頒佈，皇帝的欽定即賦予了曆法的國家屬性，而詔令頒行則將曆法直接賦予了國家法律的屬性。
與一般法律的頒佈不同，曆法頒佈的儀式非常講究，這也說明瞭朝廷對曆法的重視。比如明代頒歷，洪武時在九月初一日，永樂時改在十一月初一日，萬曆後又改為十月初一日，地點先在南京，遷都北京後在奉天門（後改稱皇極門，即今太和門）。雖然時間和地點不同，但對日曆的重視卻是相同的，有記載這樣說：“是日御殿，比於大朝會，一切士民虎拜於廷者，例俱得賜”。
圖4. 清朝頒佈曆法的太和殿（圖源：作者）
到了清代，頒歷典禮更為隆重。在每年的十月初一日，都要在午門舉行儀式。乾隆後為避其“弘曆”名諱，將“頒歷”改稱“頒朔”。由於清代的頒朔典禮十分隆重，故在乾隆五年頒朔時，乾隆一時興起，作了一首詩《十月朔日頒時憲書》，以表其一統天下之得意心態。曆法越來越隆重的頒佈儀式，說明曆法本身有著非同尋常的意義。
航海家：時間是海上航行的指明燈
對於中世紀的航海家來說，航海是非常辛苦的，狂風巨浪的威脅已經不值一提，在海上迷路才是要命的大事。大海無邊無際，沒有高山大河的標記，迷路是經常發生的事。
一旦迷路，船員無法在途中找到島嶼或陸地，無法補充淡水和食物。而且那時還有一種比渴死餓死更令人頭疼的病：壞血病。過去幾百年間，這是在海員、探險家及軍隊中廣為流行一種病，有“水手的恐懼”之稱。在大海中航行，即使不觸礁，不遇到大風浪，迷路幾個月後，船上水手會死掉大半。因此，海上準確定時定位是關乎生命的大事。
那個時候，在海上導航和定位被歐洲各國視為第一大事，很多國家都開出鉅額大獎支持導航工作。西班牙的菲利普三世於1598年頒佈詔書，宣佈設立經度獎金，任何人只要找出海上測量經度的方法，就可以得到2000金杜卡託的獎勵。後來，其他國家相繼跟進，荷蘭懸賞一萬佛羅林，法國出價十萬裡弗，英國出價2萬英鎊（購買力相當於現在的一千萬人民幣）。
海上導航的關鍵是“經度”的測量。在英國的哈裡森用航海鍾獲得了大獎以後，遠航的輪船上帶著幾十塊航海鍾已經是非常正常的事情了，可見航海家對精確時間的迫切需要。
圖5. 航行的水手需要精確時間來進行導航（圖源：作者）
科學家：時間是科學研究的基礎
在現代，時間通常和頻率聯繫在一起，統稱時間頻率。時間頻率目前是實現測量精度最高的物理量。時間頻率信號可以通過電磁波傳播，直接應用於科學研究和工程技術。基於此，高精度時間頻率已經成為一個國家科技、經濟、軍事和社會生活中至關重要的參量，關係著國家和社會的安全穩定。時間頻率技術作為科學技術發展的技術基礎，對科技發展具有不可忽略的作用。
2011年9月，歐洲核子研究中心一度宣佈他們發現了超光速現象，震驚了整個科學界。如果實驗結果被證實，現代物理學的基石——狹義相對論的正確性將受到顛覆性的衝擊，現代物理理論大廈將會動搖。這一消息引起了學術界的強烈反應。然後，通過進一步的計算分析，英國科學家與荷蘭物理學家認為，實驗過程中應用衛星導航系統進行時間同步，對星載原子鐘隨衛星運動的相關效應考慮不周，出現了時間測量誤差，超光速現象並不屬實。如果沒有時間上的錯誤，這將給科技界帶來一場地震。
作者簡介：
李孝輝，中國科學院國家授時中心研究員，博士生導師，國家衛星導航重大專項專家組成員，主要研究時間頻率測量、時間同步、衛星導航。
何雷，中國科學院國家授時中心時間頻率測量與控制研究室工程師，碩士。主要從事時間頻率測量技術，原子鐘性能分析技術等方面的研究。
來源：光明網
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