上下四方曰宇,古往今來曰宙。請隨我們進(jìn)入“時間”的故事。

　　時間對每個人而言，并不單單僅用來說明我們的生命是由一分一秒的時間構(gòu)成。時間在很多場合起著至關(guān)重要的作用！從農(nóng)民到航海家，從原始人到現(xiàn)在的科學(xué)家，人們的工作、生活，處處都與時間密切相關(guān)。可以說，時間左右著一切事物，攸關(guān)成敗。

　　原始人：時間是關(guān)乎生命安危的大事

　　在遠(yuǎn)古時代，人們過著原始群居的漁獵游牧生活，使用最簡陋的工具，靠采集和漁獵獲取食物以維持生計。為了避風(fēng)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，在森林里采集果實和獵物，為生存做準(zhǔn)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。因為只有洞穴里，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。

　　出于這個目的，原始人很快就意識到“時間”這個問題。根據(jù)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(jù)太陽判斷時間（圖源：作者）

　　古代農(nóng)民：時間承載著豐收的希望

　　在農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)中，作物的播種、耕耘、收獲、儲藏，都需要與季節(jié)密切配合。安排得當(dāng)才能得到好的收成，稍有差錯就會造成歉收。于是，人們開始考慮如何準(zhǔn)確地辨別季節(jié)以確定農(nóng)時，也就是推算日期和時間，然后慢慢就演變出了最原始的日歷。

　　如果說原始的群居社會離不開“日”這個概念的話，那么對農(nóng)業(yè)民族來說，就不能沒有月份、季節(jié)和年的確定。

　　最初，人們根據(jù)草木枯榮、鳥獸出沒等物候現(xiàn)象來確定月份和季節(jié)，并以此指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。隨著物候變化與自然變遷一次又一次重復(fù)印入腦海，天象的循環(huán)變化同樣也留給人們以深刻的印象。于是，人們通過觀察日月星辰的運動變化來確定年月季節(jié)這些時間，組成日歷，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動。

圖2. 春種夏長秋收冬藏（圖源：作者）

　　皇權(quán)：時間是維持統(tǒng)治的手段

　　在古代，封建社會的皇帝宣稱其統(tǒng)治是順天意，是真命天子，作為“真命天子”的一個表現(xiàn)就是持有更加準(zhǔn)確的時間。時間最主要的體現(xiàn)就是日歷。所以在封建王朝，日歷上升到法律的層面，稱為歷法，并設(shè)置專門的部門及官員來制定日歷。如宋元有司天監(jiān)，明清有欽天監(jiān)。

圖3. 故宮日晷（圖源：網(wǎng)絡(luò)）

　　歷史上我國許多著名科學(xué)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，都對日歷的確定作出了突出的貢獻(xiàn)。

　　每一任新皇帝都希望自己給出的歷法比前朝更準(zhǔn)，并且會重新頒布?xì)v法，紀(jì)年等也都要重新開始。這樣，歷法的主要功能開始發(fā)生轉(zhuǎn)移，除了客觀上仍為農(nóng)業(yè)提供時間安排外，更多的是偏向非農(nóng)業(yè)的目的：為占星服務(wù)、為政治服務(wù)、為王權(quán)統(tǒng)治的建立和穩(wěn)定服務(wù)。

　　古代，由欽天監(jiān)等專職天象觀測的官員，通過觀測確定日歷，但這并不能發(fā)布，需要等到皇帝認(rèn)可后，才能以法律的形式頒布，皇帝的欽定即賦予了歷法的國家屬性，而詔令頒行則將歷法直接賦予了國家法律的屬性。

　　與一般法律的頒布不同，歷法頒布的儀式非常講究，這也說明了朝廷對歷法的重視。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，萬歷后又改為十月初一日，地點先在南京，遷都北京后在奉天門（后改稱皇極門，即今太和門）。雖然時間和地點不同，但對日歷的重視卻是相同的，有記載這樣說：“是日御殿，比于大朝會，一切士民虎拜于廷者，例俱得賜”。

圖4. 清朝頒布?xì)v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。乾隆后為避其“弘歷”名諱，將“頒歷”改稱“頒朔”。由于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(tǒng)天下之得意心態(tài)。歷法越來越隆重的頒布儀式，說明歷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

　　對于中世紀(jì)的航海家來說，航海是非常辛苦的，狂風(fēng)巨浪的威脅已經(jīng)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(biāo)記，迷路是經(jīng)常發(fā)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(fēng)浪，迷路幾個月后，船上水手會死掉大半。因此，海上準(zhǔn)確定時定位是關(guān)乎生命的大事。

　　那個時候，在海上導(dǎo)航和定位被歐洲各國視為第一大事，很多國家都開出巨額大獎支持導(dǎo)航工作。西班牙的菲利普三世于1598年頒布詔書，宣布設(shè)立經(jīng)度獎金，任何人只要找出海上測量經(jīng)度的方法，就可以得到2000金杜卡托的獎勵。后來，其他國家相繼跟進(jìn)，荷蘭懸賞一萬佛羅林，法國出價十萬里弗，英國出價2萬英鎊（購買力相當(dāng)于現(xiàn)在的一千萬人民幣）。

　　海上導(dǎo)航的關(guān)鍵是“經(jīng)度”的測量。在英國的哈里森用航海鐘獲得了大獎以后，遠(yuǎn)航的輪船上帶著幾十塊航海鐘已經(jīng)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(jìn)行導(dǎo)航（圖源：作者）

　　科學(xué)家：時間是科學(xué)研究的基礎(chǔ)

　　在現(xiàn)代，時間通常和頻率聯(lián)系在一起，統(tǒng)稱時間頻率。時間頻率目前是實現(xiàn)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(yīng)用于科學(xué)研究和工程技術(shù)。基于此，高精度時間頻率已經(jīng)成為一個國家科技、經(jīng)濟(jì)、軍事和社會生活中至關(guān)重要的參量，關(guān)系著國家和社會的安全穩(wěn)定。時間頻率技術(shù)作為科學(xué)技術(shù)發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)，對科技發(fā)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布他們發(fā)現(xiàn)了超光速現(xiàn)象，震驚了整個科學(xué)界。如果實驗結(jié)果被證實，現(xiàn)代物理學(xué)的基石——狹義相對論的正確性將受到顛覆性的沖擊，現(xiàn)代物理理論大廈將會動搖。這一消息引起了學(xué)術(shù)界的強烈反應(yīng)。然后，通過進(jìn)一步的計算分析，英國科學(xué)家與荷蘭物理學(xué)家認(rèn)為，實驗過程中應(yīng)用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行時間同步，對星載原子鐘隨衛(wèi)星運動的相關(guān)效應(yīng)考慮不周，出現(xiàn)了時間測量誤差，超光速現(xiàn)象并不屬實。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(xué)院國家授時中心研究員，博士生導(dǎo)師，國家衛(wèi)星導(dǎo)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(wèi)星導(dǎo)航。

　　何雷，中國科學(xué)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(shù)，原子鐘性能分析技術(shù)等方面的研究。