愛伊米

關於時間和測量,你所不知道的那些趣事兒

兩千多年前,一個戀愛中的女子,獨自在城牆上溜達,只為能見一見她的心上人。可惜她整整等了一天,那個一襲青衫的他,也沒有出現,於是這個女子只覺得一天的時間,竟猶如三個月那樣漫長難熬。

女子說,青青子衿,悠悠我心。女子又說,一日不見,如三月兮。

這種度日如年的感覺,不少人都有過,但有多少人曾仔細想過,到底什麼是一日,什麼又是三月或一年呢?

沒錯,日、月、年是時間的單位。而除了時間,長度、面積、容積、重量等,也都有各自的單位,我們每天都在使用這些單位,但卻很少有人能準確地說出這些單位的由來。

關於時間和測量,你所不知道的那些趣事兒

正如宋寧世在《計量單位進化史:從度量身體到度量宇宙》(以下簡稱《計量單位進化史》)中所說:“單位”對於我們每個人來說,已經是習以為常的東西,我們從小到大的使用過程中,都不需要去思考單位是怎麼來的。

但宋寧世這位環境工程專業博士,不但去思考了單位的由來,還結合專業知識,做了大量的業餘研究,著成《計量單位進化史》一書,從歷史、科學、趣味知識等多個角度,對“計量單位”展開全面的介紹,向我們展示了計量單位的前世今生。

計量單位是隨著人們對事物的測量開始的,原始人類又是從哪裡得到了“測量”的靈感的呢?答題是時間。

那麼就讓我們透過古今人們對時間的認識與測量,來一窺時間單位的形成與發展吧!

計時,自成一統的測量體系

流行的網路玄幻小說中,有一種“時間為尊”的概念備受推崇。這類小說的設定中,掌控時間之力的角色往往能立於不敗之地,這大概與人們所能感受到的時間的神秘感不無關係。

即便缺少自然科學知識,透過長期的觀察,古人也能感受到時間力量的強大:自然界的日升月落、春華秋實,與人類自身的生老病死,都要受到時間這一神秘力量的主宰。

在經歷過無數次的晝夜交替後,人們自然而然地找到了最原始的測量時間的方法:以日出的週期為界限,劃分出了“一天”的概念。不過,因為時間的微妙,人們雖然很容易找到“一天”與日出日落的關係,但想要更精確地對時間進行測量,卻仍極為艱難。

關於時間和測量,你所不知道的那些趣事兒

《計量單位進化史》中,宋寧世為我們講述了古代中國人的計時方式和工具:

古人透過長期觀察,先發現了每天正午時分,物體影子最短的現象,隨後又發現,兩次出現物體影子最短間的時間,竟然也是相同的。在找到這個天然的“基準”後,聰明的古人,將其等分成十二份,並將每一份稱為一個時辰(2小時),還製造了最早的計時工具——日晷。

不過時間的測量,需要複雜的天文觀測做支撐,對普通人而言十分複雜,因此時間雖然最易被人感知,其測量體系最初卻與大眾生活中的長度、容積、重量等有著極大的區別,自成一統。

長度、容積和重量,都可以由國家權力機關規定和頒佈實物作為標準,但因時間看不見摸不著,時間的標準卻不是統治階級想說得算就說得算的。換句話說,時間有獨特的“平等”屬性。

時間,對人類而言皆平等

白居易說:可憐九月初三夜,露似真珠月似弓。

唐朝的白居易,在一千多年前的九月初三之夜,看見了如弓的彎月。如今的我們,在每年九月初三的夜晚,能看到的月,也是同一個模樣。說得更誇張一些,從史前到如今,古今人類每天所看見的仍是同樣的日升日落與月圓月缺。

正如宋寧世在《計量單位進化史》中所說的那樣,統治者們雖然能用曆法制度,來滿足自己“永葆江山”的美夢,卻無法用政令修改月相。也就是說,時間對於全體人類而言是平等的。

統治者們可以要求人們以12這個數字來劃分一整天的時間,但卻無法真正控制什麼時候日出,什麼時候日落;統治者們可以規定以12來劃分一整年的月份,甚至規定花開的時間為春季,落雪時節為冬季,卻無法讓四季迴圈以他們的意志為轉移。

傳說,女皇武則天曾在某個冬季,公佈了一道命令百花悖時而開的聖旨。百花迫於皇威,紛紛於飄雪的冬日競相開放,敢違抗聖旨的,僅有一株牡丹花。

我們不必去探究這一傳說的真偽,哪怕它是真的,也僅能證明,人力或可改變花期,但在時間面前仍然無能為力,四時的變換從始至終,僅聽時間的號令。

關於時間和測量,你所不知道的那些趣事兒

之前我們談到過,長度、重量等度量衡,都可以由統治者規定和頒佈實物作為標準,也就是可以由統治者說了算。但也正因為如此,造成了度量單位在不同的歷史時期,存在不同程度的波動。

其中最著名的例項就是打蛇打哪裡了——最初是“七寸”,後來卻變成了“三寸”,蛇還是原來的蛇,但因長度單位一直在“膨脹”,打的位置雖然未變,所用的度量規格卻差異明顯。那麼,是否可以讓度量單位,脫離統治者的人為掌控呢?

比如,以對全人類而言都平等的時間作為一切測量的基礎,是不是就可以避免計量單位,因人為因素髮生膨脹呢?這雖然是個很好的辦法,但將時間測量得又精又準,作為一切測量之根本,卻是件並不容易的事!

測量時間,一切測量之始

“近代科學之父”伽利略,在觀察家鄉比薩教堂天頂吊燈時發現了“單擺現象”,隨後荷蘭科學家斯蒂安·惠更斯給出了單擺運動公式,並製造出了世界上第一臺擺鐘。

從此,人類對時間的測量徹底擺脫了對天象的依賴,並越發精確,這讓時間測量成為人類其他一切測量基礎的夢想,離成為現實越來越近。

宋寧世在《計量單位進化史》中提到,“在100年前,基於傳統機械鐘錶原理的精密計時器已經達到了每年誤差僅1秒的水平(來自英國鐵路工程師索特製作的真空式擺鐘)。”

20世紀中葉開始,先是石英鐘給計時的精度帶來了顛覆性突破,隨後原子鐘的發明,更直接將精度提升到了,每千萬年甚至每億年1秒的程度。不過隨著計時科技的發展,人們發現地球繞太陽公轉的過程中,一年中太陽兩次經過天空中同一參考點的間隔誤差,竟長到十幾秒。

關於時間和測量,你所不知道的那些趣事兒

於是,人們不再執著於以天體執行規律,來度量時間,而是將目光鎖定在了宇宙中最基本的原子和能級上,併發明出了銫原子鐘,於是萬物的測量基準來了:銫–133原子基態的兩個超精細能級間躍遷所釋放的電磁輻射的頻率為9192631770赫茲,也就是1秒振動9192631770次。

從此,1秒有了獨一無二的精確定義:電磁輻射振動9192631770個週期的時間。這個定義,即不需要看任何統治者的“臉色”,也不需要“看天色”。

而作為一切測量之始,長度等其他度量單位,在時間單位秒被正式確定後,只需與時間掛鉤,就可以實現不看人“臉色”的進步,比如1983年的國際計量大會上,將“米”正式定義為“光在真空中傳播299792458分之一秒所經過的長度”。

正如《計量單位進化史》所說,“對於測量而言,時間是一個根基性的量,說時間是萬物測量之始也絕不誇張”,此言不虛。

寫在最後

唐安史之亂後的某一天裡,張繼途經蘇州,在客船裡聽到寒山寺的鐘聲,知道時間已是夜半,於是寫下千古流傳的名句:夜半鐘聲到客船。夜半敲鐘,是唐時寒山寺的習俗,又稱為“分夜鍾”。

而關於古人如何測量時間,如何劃分時間,宋寧世的《計量單位進化史》中,都有答案,而且還不止,中國古代為什麼有兩種“億”?為什麼沒有一個叫“愛因斯坦”的單位?以及與我們每個人的生活息息相關的米、千克、秒背後的故事,書中皆能為我們一一道來。