從最早的日晷到原子鐘,人類關于時間計時的發展史

宇宙小百科 2020-06-29 檢舉

格林尼治標準時間(GMT)作為一種通用時間參考標準,已經使用了120多年。

從最早的日晷到原子鐘,人類關于時間計時的發展史

現在,由于地球自轉速度的減慢,格林尼治標準時間可能有一些誤差。因此,科學家們正在討論用基于原子振蕩周期的“原子時”取代基于地球自轉的“世界時”。從古人最初嘗試用日晷測量時間,到原子鐘精度記錄達到“17億年僅1秒”(2009年記錄)的先進設備,人類一直在為精確測量時間而奮斗。然而,一個人的生活中幾乎沒有任何活動需要精確到少于幾秒的時間。那么,這樣精確的時鐘能工作嗎?我們來談談時間測量之類的話題。

日晷、水鐘與沙漏

作為時間測量這個話題的先行者,我們首先應該談談時間概念本身的起源,雖然這不是一件容易驗證的事情。人們普遍認為,自然界中的周期現象是啟發人們產生時間概念的原因之一。例如,“年”的概念來源于四季循環,“月”的概念來源于月相盈虧,“日”的概念來源于晝夜交替,構成了一個粗略的時間尺度。

然而,根據日常經驗,要找到一個比“天”短、足夠可靠的周期運動并不容易,因此需要人工方法來測量較短的時間。我們聰明的祖先發明了鐘。最早的鐘出現在五六千年前。它利用太陽陰影的變化來標記時間。這叫日晷。

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但是,日影的變化與地點和季節有關,在多云的白天和夜晚將不再存在。我們該怎么辦?所以古人又發明了水鐘。它用穩定的水流來標記時間,出現在三四千年前。但是水鐘也有缺點,就是不能在太冷的氣候下使用,那我該怎么辦呢?人們又發明了沙漏。

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在中國宋代,人們也用燒香的蠟燭來祭祀。武俠小說中經常提到的“一炷香”概念,估計就是由此而來的。

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此外,人們的脈搏也曾被用作粗略的計時依據,但脈搏的頻率不僅因人而異,而且受情緒、運動、健康等因素的影響甚至對同一個人來說也是如此,所以效用相當有限。

擺鐘的輝煌時代

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水鐘、沙漏和香燭的燃燒都試圖使用統一的物理過程來計時。不幸的是,那些被認為是統一的過程實際上并不統一,每天至少有10分鐘的誤差。這些粗糙的時鐘伴隨著人類社會走過漫長的中世紀,進入了文藝復興時期。此后,隨著海上貿易的興起,時鐘成為船舶定位的工具。在船舶定位中,緯度可以通過觀測太陽或北極星的角度來確定,而經緯度則需要時鐘的幫助。

航海時代,荷蘭科學家惠更斯于1656年發明了一種新的鐘——鐘擺鐘。

從最早的日晷到原子鐘,人類關于時間計時的發展史

半個多世紀前,伽利略發現了擺的等時性,即擺的周期與其振幅無關,這實際上是擺鐘的原理。伽利略自己就利用這一原理設計了一個鐘擺鐘,但未能付諸實踐。惠更斯在研究中注意到伽利略發現的擺的等時性并不嚴格,嚴格的等時性需要擺線。

從最早的日晷到原子鐘,人類關于時間計時的發展史

鐘擺鐘的出現給鐘族帶來了前所未有的繁榮,但鐘的精度仍然不高。此后,半個世紀后,一場嚴重的沉船事故終于把鐘的精度推到了最前線。這是1707年10月的一個晚上,英國肖恩海軍上將率領的艦隊由于定位錯誤,在英格蘭西南部的西里島附近觸礁。英國皇家海軍最好的四艘軍艦沉沒,大約2000名官兵被埋在海底。

來源:www.toutiao.com

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