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设置闰秒的意义  

2017-01-02 01:08:11|  分类: 格致 |  标签: |举报 |字号 订阅

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       我国现行历法中存在闰年闰月,这早已成为一个习以为常的现象。除了闰年闰月之外,还有闰秒。几十年来,专家们一直在为是否需要设置闰秒而争论不休。不过,现在已经基本达成共识。今天是2017年1月1 日,今天全球同步进行闰秒调整,在北京时间7时59分60秒后,增加了1秒钟。这是人类第28次增加闰秒。
  人类之所以要设置闰秒,是因为目前存在着两套不同的计时系统。
  最古老的计时系统,就是天上的日月星辰。无须哥白尼的日心说为指导,世界各地的人们都以四季轮回即地球的公转作为一年,以月盈月亏即月球绕地一周作为一月,以日出日落即地球的自转作为一日。所有生活在地球表面的生物也都适应了这一天文学意义上的时间。树有年轮,候鸟有迁徙行为,最典型的或许就是成熟女性如月而至的月经现象。这些现象都与生物钟机制有关。
  但令天文学烦恼的却是,地球的自转、地球绕太阳的公转以及月球绕地球的转动这三者之间不存在一个简单的公约数。也就是说,若一年是365天,1个月是30天的话,那么1年不是整数的12个月。假设历法完全根据月球的转动而定,亦即阴历,那么它就无法与地球的公转保持一致。阿拉伯人使用的是真正意义上的阴历,因此他们的开斋节与季节无关。但是,对于像中国这样的农业民族来说,这样的历法会带来严重的问题。农业生产,春播、夏耘、秋收、冬藏,完全依季节而定,因此历法必须与四季保持同步。这就有了置闰的必要。我国的传统农历设置闰月,就是为了使月与年保持同步。因此,严格地说来,农历是阴阳合历。根据农历中的“日”,我们可以知道月亮的盈亏,比如中秋节或元宵节总是对应着天上的圆月。当年,阳历在中国刚刚推行时,不少思想保守的人难以接受,理由就在于,从阳历中的“日”,无从判断月亮的盈亏。
  西方自凯撒大帝时代起,就开始使用阳历。阳历又称为公历,或罗马儒略历,它以365天为一年,每4年置一个闰日。但事实上,一个太阳年的精确周期应该是365.2422天,而并非365.25天。这一误差值,在一年内无关紧要。然而,随着日积月累,当历法用上数百年之后,这一误差值就越来越明显,以至到了公元16世纪时,春分到来的时间居然提前到了3月上旬。一般情况下,春分应该是3月20日左右。如果再这样下去,早晚有一天,春分会移到圣诞节的前面,而复活节的确立也会成为严重的问题。教会不得不修订历法。当初哥白尼涉及天文学的初衷就是与修订历法有关。经过修订之后,如今我们使用的公历每年的误差仅为26秒。也就是说,需要经过3323年才会出现一整天的误差。至少眼下我们无须为置闰而操心。
  历法作为一种计时系统,是以月、日、地三者的关系作为参照物的。但历法不规定一天内时段的划分。公元前500年的罗马人对于时间的概念还仅仅停留在日出和日落上,由一名传报员站在元老院大厅的台阶上宣布日出和日落的到来。直至公元前159年,白天中“小时”的概念才为人所知。日晷可以用来定义白天的时段,但夜间则需要另外的计时装置。比如我国就曾以打更的次数来划分夜间时段,夜半三更由此而来。漏壶通过测量剩余水量的多少来记录时间长短,曾被广泛运用。形容时间“滴答”流逝的说法即来自于这种水滴声。漏壶受到季节限制,寒冬腊月,水结成了冰,无法使用。值得一提的是,古代中国和西方都曾独立发明机械式的时钟装置。不同的是,我国用的是水力驱动,西方用的是重力驱动。直到伽利略发现简单钟摆的特性之后,人类才制造出了真正稳定的时钟装置。
  时钟的原理基于一种固定摆动的重复,然而这种重复节奏却与地球的自转周期并不同步。这是一个意味深长的事实。它表明,人类使用的是两套完全不同的计时装置。这种不同,是本质上的不同。历法与天文现象相关,而时钟却是人为的创造物。天然历法令我们身处循环之中,表现为昼夜交替、四季轮回。日出而耕,日入而息,是农业文明时期自然的生活方式;但时钟滴答却令我们时刻感受到时间的分秒流逝。分秒必争正是工业文明带来的压力,用惯指针式钟表的人们,最初见到电子钟表上不断变换的秒数时,想必能够体会那种分秒必争的压力。
  现代社会采用钟摆式的时钟作为计时标准,而牛顿假定绝对时间以均匀的速度在流逝,也正是基于这种钟摆式的时间。牛顿力学的有效性就是基于对这一特定时间观的认可。若要使时间的流逝与季节更替同步,整个物理学就会遇到极大的麻烦。
  如今,更为发达的原子钟在精度上可谓精益求精,但根本原理依旧类似于钟摆。这就碰到了难题,人工时钟无法与地球自转保持同步,因为地球自转的速率是不均匀的。要想让二者同步,必须设置闺秒。
  设置闰秒,有可能会对通信、互联网、金融服务体系和全球导航卫星系统产生影响。要是不设置闰秒,这将意味着人类的时间观念会与天文现象失去联系。而事实上,人体内部的生物钟与天体的运行、与季节更替、与日出日落是密切相关的。尽管现在已经是工业时代,人们早已告别了日出而耕、日入而息的作息规律,却仍然有一部分人不愿意接受一个完全人为的时间观。但是为了避免在遥远的未来出现“时针指向午后,人类走进黑暗”的尴尬局面,大多数人同意设置闰秒。


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