上下四方曰宇,古往今來曰宙。請隨我們進入“時間”的故事。
時間與空間的不同點在于時間的“流逝性”。因此，時間有一些獨特的性質，但究竟獨特在什么地方？很多人并不能全面的回答。 時間獨特的地方在于看不見摸不著，但又是客觀存在的。如果仔細觀察，我們就能看到時間的痕跡，感受到時間的作用。 有一個關于時間的謎語：有個東西，它在你身邊，但你卻看不見、聞不著、抓不住、也嘗不了。這個謎語充分說明了時間最獨特的性質，它主要體現在三個方面。
首先，時間不能通過生理感覺感知。我們可以看到長度，也可以感覺到質量和溫度。但對于時間，看不見、聽不到、聞不著、也嘗不了，只能通過觀察時間引起的變化來感受時間的存在。
圖1. 溫度可以被感受（圖源：作者）
其次，時間只有一個方向。對于長度，我們可以從西安到北京，也可以從北京到西安。如果我們要稱重一堆物體的重量，可以從這一堆里的任何一個開始，也可以反反復復的稱重。但對時間，我們只能處于現在：過去的現在、現在的現在和將來的現在。
圖2. 在小路任意點都可以往各個方向走
第三，時間是不斷變化的。我們可以給朋友寫信，問他家的桌子有多寬、兩家距離有多遠，他會回信告訴你，這些信息在你收到回信后仍然有用。但如果你問他家的表是幾點了，他寫回信可能會非常頭疼，因為在他寫下時間的那一刻，時間就改變了。
圖3. 寫不出正確的時間（圖源：作者）
時間雖然看不到，但它始終圍繞著我們、無處不在，只要留心，我們就可以感受時間。一個呀呀學語的孩子，如何成長為妙齡少女，又變成耄耋老人？一個種子，如何變成一顆嫩芽，從開花到結果。這些都讓我們感受到時間的流逝。
圖4. 上：“時間”讓一個呀呀學語的孩子變成耄耋老人；下：“時間”可以讓一粒種子開花結果（圖源：作者）
感受時間，難免會加上主觀感覺，不同的人對時間的感覺是不一樣的。相談甚歡的戀人覺得時間稍縱即逝，但監獄中的犯人卻是度日如年。
這就是時間的特性，是獨一無二的。
圖5. 對時間的感受，有稍縱即逝，也有度日如年（圖源：作者）
在現代，時間通常和頻率聯系在一起，統稱時間頻率。時間頻率目前是實現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，直接應用于科學研究和工程技術。基于此，高精度時間頻率已經成為一個國家科技、經濟、軍事和社會生活中至關重要的參量，關系著國家和社會的安全穩定。
時間的單位秒作為七個國際基本單位制之一，也是目前能實現的測量精度最高的一個量。現代量子頻標的出現和電子技術的進步，極大地提高了時間頻率計量測試的穩定度和準確度，更使之遙遙領先于其他量值的計量水平。
由于極高的測量精度和直接傳遞的特性，從而使時間頻率計量成為其它量值計量向著量子基準轉化的先導。在1983年第17屆CGPM會議的決議中重新定義了“米”。以前米的定義是根據國際米元器得到的，米長元器隨溫度、氣壓的環境變化而變化，精度并不高。現在定義為光在真空中1/299 792 458秒（約3.3356納秒）所傳播的距離，這極大提高了米定義的實現精度。
長度和時間的這種密切的關系已經被用于導航系統，全球定位系統（GPS）尤其令世人注目。其最基本的原理就是把長度的測量轉化為電磁波傳播時間的測量，將定位精度從基于角度測量的天文導航的幾十公里提高到十米以內。 完成這種轉換而重新定義的量值還有如電壓單位：伏特（1990年），電阻單位：歐姆（1990年）。德國已經開發出基于時間間隔測量的電容和電阻傳感器，極大的提高了電容和電阻的測量精度和便捷性。
在2019年的國際計量大會上，對七個基本物理量的單位重新進行了定義，所有的物理量都直接或者間接由時間的單位導出。由此可見，時間頻率成為了當今物理量準確計量的基礎。
作者簡介：
李孝輝，中國科學院國家授時中心研究員，博士生導師，國家衛星導航重大專項專家組成員，主要研究時間頻率測量、時間同步、衛星導航。
樊多盛，碩士，中國科學院國家授時中心助理研究員。主要從事精密時間測量、原子鐘控制方法、高精度遠程時間復現技術、時間頻率設備測試方面的工作。
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