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时间是公平的

浏览数:633     来源:《中国计量》杂志2020年第4期     发表时间:2020-05-06

时间是一种客观存在。时间的概念是人类认识、归纳、描述自然的结果。在古中国,其本意原指四季更替或太阳在黄道上的位置轮回,《说文解字》曰:时,四时也;《管子•山权数》说:时者,所以记岁也。随着认识的不断深入,时间的概念涵盖了一切有形与无形的运动,《孟子•篇叙》注:“谓时曰支干五行相孤虚之属也。”可见时是用来描述一切运动过程的统一属性的,这就是时的内涵。由于古代人们研究的问题基本都是宏观的、粗犷的、慢节奏的,所以只重视了“时”的问题。后来因为研究快速的、瞬时性的对象需要,补充进了“间”的概念。于是,时间便涵盖了运动过程的连续状态和瞬时状态,其内涵得到了最后的丰富和完善,“时间”一词也就最后定型了。

时间与重量、长度、面积、体积、角度、货币和价值不同。我们按巴比伦人的方式把它分成小时和分钟,但它总无情地向前,时而“飞逝”时而“拖拉”;时间像东流的水,时间像奔驰的列车,一去不复返,并且永远不能像黄金或几何形状一样保存。“没有什么办法可以将一段‘时间的量’直接与另一段进行比较。无法存储、取出一段时间或将其与另一段时间比较”,亚瑟•克莱恩在《测量的世界》中写道。计时器上的指针,或液晶显示器上的数字读数,显示的并非时间本身,而是种机械或电子排布。
当然,时钟和计时员所测量的是与自然界的变化、运动和事件进行比较的循环运动周期。时间的测量本质上是将一个运动周期与另一个运动周期进行比较,如呼吸的节奏、分针转数、白天和黑夜的交替。时间究竟是社会测量还是自然测量,很难回答。
两千多年前中国的孔子说:“逝者如斯夫! 不舍昼夜。”感叹时间像流水一样不停地流逝,一去不复返。太阳东升西落,月有阴晴圆缺,四季更替,寒来暑往,花开花谢、大雁南飞……从古至今,自然界就是这样演绎着春夏秋冬的变化,周而复始……时间计量总是片刻不离地伴随着人们的日常生活和社会生产活动,那么,中国古人是怎样计量时间的呢?


土圭

在人类刚开始的时代,人们都是“日出而作,日入而息”,没有计量时间的工具, 但是随着生产力的发展, 人类的智慧开始体现,就出现了各种各样的计时工具。土圭(tǔ guī)是最古老的计时仪器,是一种构造简单,直立地上的杆子,用以观察太阳光投射的杆影,通过杆影移动规律、影的长短,以定冬至、夏至日。


漏刻

漏,是漏水的壶,借助水漏出的多少来计量时间的流逝,是守时设备;刻,是带有刻度的标尺,用来标明漏水所反映的具体时间,是报时设备。将漏和刻结合起来,就产生了测时设备——漏刻。漏壶的最早记载见于《周礼》。这种计时装置最初只有两个壶, 由上壶滴水到下面的受水壶,液面使浮箭以示刻度( 即时间),保持上壶的水位恒定是滴漏计时准确的关键。据梁代的《漏刻经》称,刻起源于传说中的黄帝时代。先有漏后有刻,即起初以漏多少壶来计量时间,这样十分麻烦且计时难以准确,于是节制漏水速度并在壶壁上刻有标志的漏壶就出现了。

从记载和考古证明,严格意义上的漏刻启用于汉代。汉代许慎的《说文解字》称:“漏,以铜(铜壶)受水;刻节,昼夜百刻。”由此推知,汉代是以刻来计时的,当时的一刻略小于15分钟,这与今天我们称15分钟为一刻钟有一定的联系。漏刻又称水钟。在机械钟没有出现以前,它一直是宫廷测时的主要设备。在汉代,出现了带有补偿壶能保持恒定水压的漏刻。张衡时,将有虹吸管的漏刻与浑天仪连接起来,制造出了自动水运浑天仪。唐代,一行和尚还把漏刻改造成能自动报时的“自鸣钟”。到了宋代,燕肃利用漫流原理制造出莲花漏,才使漏刻的制造形成定式,并沿用了数百年。
我国发明的铜壶滴漏比外国制作的滴水计时器要早得多,应用也普遍,成为历代计时的重要工具。


日晷

日晷,本义是指太阳的影子。现代的“日晷”指的是人类古代利用日影测得时刻的一种计时仪器,又称“日规”。其原理就是利用太阳的投影方向来测定并划分时刻,通常由晷针和晷面组成。最常见的设计,也就是最普通的就是所谓的庭园日晷,让日影投射在一个标有时刻的平面上,当太阳移动时,影子所指示的时间也将跟着变动。其实,日晷可以设计在任何物体的表面上,让固定的指针产生阴影来测量时间。因此,日晷有许多种不同的形式:如地平式日晷、赤道式日晷、子午式日晷以及卯酉式日晷等。
日晷的早期历史尚不清楚,最早的可靠记载是《隋书·天文志》中提到的袁充于隋开皇十四年(594) 发明的短影平仪( 即地平日晷)。赤道日晷的明确记载初见于南宋曾敏行《独醒杂志》卷二中提到的晷影图,但晷盘是木制的。后世改用石质晷盘,金属晷针。北京故宫等处保存的都是清代制造的石质赤道日晷。赤道日晷的晷面平行于赤道面,晷针指向南北极。


沙漏

沙漏又称“沙钟”,是我国古代一种计量时间的仪器。沙漏的制造原理与漏刻大体相同,它是根据流沙从一个容器漏到另一个容器的数量来计量时间。这种采用流沙代替水的方法,是因为我国北方冬天空气寒冷,水容易结冰的缘故。最著名的沙漏是 1360年詹希元创制的“五轮沙漏”。流沙从漏斗形的沙池流到初轮边上的沙斗里,驱动初轮,从而带动各级机械齿轮旋转。最后一级齿轮带动在水平面上旋转的中轮,中轮的轴心上有一根指针,指针则在一个有刻线的仪器圆盘上转动,以此显示时刻,这种显示方法几乎与现代时钟的表面结构完全相同。此外,詹希元还巧妙地在中轮上添加了一个机械拨动装置,以提醒两个站在五轮沙漏上击鼓报时的木人。每到整点或一刻,两个木人便会自行出来,击鼓报告时刻。这种沙漏脱离了辅助的天文仪器,已经独立成为一种机械性的时钟结构。


浑天仪

浑天仪是浑仪和浑象的总称。浑仪是测量天体球面坐标的一种仪器,而浑象是古代用来演示天象的仪表。浑象的构造是在一个大圆球上刻画或镶嵌星宿、赤道、黄道、恒稳圈、恒显圈等,类似现今的天球仪。浑象又有两种形式:一种形式是在天球外围一地平圈,以象征地。天球转动时,球内的地仍然不动。现代著作中把这种地在天内的浑象专称为“浑天象”。通常认为浑象最初是由西汉耿寿昌创制。东汉张衡的浑象是他设计的漏水转浑天仪的演示部分。以后,天文学家还多次制造过浑象,并且和水力机械联系在一起,以取得和天球周日运动同步的效果。唐代的一行和梁令瓒,宋代苏颂和韩公廉等人,把浑象和自动计时装置结合起来,发展成为世界上最早的天文钟。


钟表

机械钟表起源于13世纪末,由落锤驱动。首个公共时钟于1335年安装在米兰每小时敲响一次。英格兰现存最古老的时钟在索尔兹伯里大教堂,可追溯到1386年。在当时,每天的误差可达半个小时,而钟面上标记的最小刻度是1小时。在17世纪下半叶,通过引入克里斯蒂安·惠更斯的钟摆机理,钟面上开始出现分钟。随后在18世纪,天文观测台的摆钟和航海天文钟有了秒钟。在公元1800年之前的一个半世纪,时间准确度从每天约10秒提高到1/5秒。
自那时起,时间的测量变得越来越准确。19世纪初的伦敦,普通钟表已经可以精确到每天误差小于1秒,但是这对于保持时间的准确没有任何帮助,除非时间间隔已经参照天文时进行了校准。据现任钟表馆长戴维•罗尼透露,这一要求对格林威治天文台的皇家天文学家约翰·庞德意味着无休止的干扰,因为人们真的上门询问“我能看看你的时钟吗?”。庞德最终被问得烦不胜烦,从而非正式地委托他的助手约翰·亨利·贝尔维在每个工作日的上午将格林威治时间报送到伦敦市区和伦敦其他地区。
这项服务有大约200个客户。有些是钟表制造商,其他则是一些逐渐意识到金融交易时间准确重要性的银行和市内商行。也有一些私人家庭想通过使用格林威治时间作为身份的象征。虽然到了1852年也可以通过电报报时,但贝尔维的服务仍有市场,因为电报线路的租金非常昂贵,而且经常发生故障。甚至到了1924年可由广播报时时,这项服务仍然存在,因为新的无线装置价格高昂,而且占用大量的空间,另外还要申请许可证。直至1936年,可通过电话报时的“语音时钟”问世。


天文时和电子时

每当整点钟时,正在收听广播的收音机便会播出“嘟、嘟……”的响声。人们便以此校对自己钟表的快慢。广播电台里的正确时间是哪里来的呢?它是由天文台精密的钟去控制的。那么天文台又是怎样知道这些精确的时间呢?我们知道,地球每天均匀转动一次,因此,天上的星星每天东升西落一次。如果把地球当作一个大钟,天空的星星就好比钟面上表示钟点的数字。星星的位置天文学家已经很好测定过,也就是说这只天然钟面上的钟点数是很精确知道的。天文学家的望远镜就好比钟面上的指针。在我们日常用的钟上,是指针转而钟面不动,在这里看上去则是指针“不动”,“钟面”在转动。当星星对准望远镜时,天文学家就知道正确的时间, 用这个时间去校正天文台的钟。这样天文学家就可随时从天文台的钟面知道正确的时间。然后在每天一定时间,例如,整点时,通过电台广播出去,我们就可以去校对自己的钟表,或供其他工作的需要。
天文测时所依赖的是地球自转,而地球自转的不均匀性使得天文方法所得到的时间(世界时)准确度只能达到10-9,无法满足20世纪中叶社会经济各方面的需求。一种更为精确和稳定的时间标准应运而生,这就是“原子钟”。世界各国都采用原子钟来产生和保持标准时间,这就是“时间基准”,然后,通过各种手段和媒介将时间信号送达用户,这些手段包括短波、长波、电话网、互联网、卫星等。
格林尼治时间,亦称“世界时”,是格林尼治所在地的标准时间。不光是天文学家使用格林尼治时间,就是在新闻报刊上也经常出现这个名词。我们知道各地都有各地的地方时间。如果对国际上某一重大事情,用地方时间来记录,就会感到复杂不便。而且将来日子一长容易搞错。因此,天文学家就提出一个大家都能接受且又方便的记录方法,那就是以格林尼治的地方时间为标准。格林尼治是英国伦敦南郊原格林尼治天文台的所在地,它又是世界上地理经度的起始点。对于世界上发生的重大事件,都以格林尼治的地方时间记录下来。一旦知道了格林尼治时间,人们就很容易推算出相应的本地时间。例如,某事件发生在格林尼治时间上午8 时,中国在英国东面,北京时间比格林尼治时间早8小时,我们就立刻知道这次事情发生在相当于北京时间16时,也就是北京时间下午4时。


协调世界时

世界时是采用天体测量的方式测定时间,而因为各种因素,相对于原子时会有微小的误差。为了协调世界时和原子时,科学家们在处理协调世界时,协调世界时(UTC)秒以下的数字采用原子时的数据。当世界时和原子时差别达到一秒时,会进行跳秒或者负跳秒。具体程序如下:当世界时慢了,就让UTC增加一秒。当世界时快了,就让UTC减少一秒。
跳秒或负跳秒只在12月31日或6月30日进行。跳秒由国际时间局作出决定,提前通知各授时单位,全世界统一执行。由于时差的关系,对于不同的国家可能不一定在晚上进行跳秒和负跳秒。
现代化的生产线,每天生产的产品数量数以万计,更加注重时间计量,每分每秒生产线上的数据都关系到整个工厂的运转,如果一个环节出现了时间延误,就会造成整个生产流程不能按时按量完成,有时会产生产品积压,有时就会达不到最高效率。这就需要国家质量基础(NQI)中的各种要素紧密联合起来,制定严格的标准,使用的各种时间仪器都经过计量合格,这样在测试和生产过程中,就能有效避免时间不同步带来的误差。


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