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時間測量單位的演變

來源:不詳       更新時間:2013-11-30 21:25:41
 

  1.世界時

  時間長河,逝者如斯。用什么辦法來計時呢?時間是物質存在和運動的基本屬性之一,因而應該用物質的運動過程來計量時間,而且只有均勻的、連續的運動過程才能給出精確的時間計量結果。

  “日出而作,日沒而息”是人類在低水平生產力的農耕時代的生活規律,與這種生活規律相適應的計時方法是采用一種最自然、最簡便的計時單位——“平均太陽日”,即以連續兩次經過同一地點的天頂之間的時間間隔作為一個“平均太陽日”。這樣基于地球自轉的周期過程建立了人們最早的“天”的時間概念。把一個“平均太陽日”分為24等分,沒一等分的時間長度稱為一個“世界時”。一個世界時的1/3600稱為世界時的1秒。

  我國古代的晷就是世界時的計時儀器。

  世界時的測時方法在陰雨天氣遇到了嚴重困難。不僅如此,隨著科學技術的發展,本世紀初,科學家們發現地球角速度并不恒定,除了已知的長期減小的變化以外,還有時大時小的波動。因此以地球自轉為基礎進行測量所得的世界時失去了均勻性。雖然每天只差千分之幾秒,對人們的日常生活不會產生明顯的影響,但是有些方面卻需重更精確的時間,例如人造衛星、宇宙飛船的發射、導航以及回收著落等,時間上的微小誤差都可能導致嚴重的后果。在回旋加速器中,基本粒子被加速的時間僅僅是幾億分之一秒甚至幾萬億分之一秒,顯然這就需要更為精確的計量時間。

  2.機械時

  任何周期過程都可被采用為一種計時方法。

  在同一地點的單擺作微幅振動的周期是一個確定的常數,即擺長為L的單擺在重力加速度為g的地點的周期為:

  

  因此擺種就成為19世紀以前的主要計時儀器。在重力加速度值g=9.8m/s2的地點,一個擺長為L=0.99295m的單擺的周期為T=2s。這種利用鐘表內部機件的機械運動來計時的方法仍然有兩個很嚴重的缺陷:一是隨著晝夜、四季溫度的變化,鐘擺發生熱脹冷縮,致使擺長不穩定;二是由于地球不同緯度、不同高度處的重力加速度值各不相同

  (即使地面上同一點,由于地球本身處于不斷變化之中,因此重力加速度值也不是一個恒定值),致使在鐘表制造廠校準的擺鐘運到使用地點以后就失準了。

  人們雖然可以通過調節鐘擺擺長來不斷校準擺鐘的周期,但是無論從測時原理方面還是從使用時的操作實踐方面來看,擺鐘畢竟不是理想的測時、及時儀器。

  3.原子時

  由于近代科學技術的發展,物理學家們精確的測定了石英晶體原子內部電磁振蕩的周期,發現這個周期極為穩定,它不受氣候、地點、季節以及其它環境條件的影響,這就給精確的測時、計時提供了可靠的依據。

  4.協調時

  每個晝夜的平均時間長度是86400秒,這是人們的普通常識。可是1987年12月31日,除夕這一天,我們卻在不知不覺中度過了長達86401秒的一晝夜,也就是說這一天多出了一秒鐘。這時怎么回事?難道原子鐘也走的不準了嗎?不是。原子時的秒長極為精確,然而地球自轉的快慢卻在時刻變化。最近二、三十年來,地球自轉的總趨勢是逐漸變慢,結果使得原子時的時刻每年要比世界時的時刻大約超前0.8秒鐘。從1958年到現在已超前23秒多。那么既然地球自轉不穩定,我們就不去理會它,完全廢除世界時行不行呢?也不行。因為有些活動離不開世界時,例如確定地球上 某點的地理經度,就需要經過世界時時刻換算求出來,這時大地測量、航海、航空、航天部門所必需的。

  這么說來,難道必須同時播發世界時和原子時這兩時鐘號才行嗎?大可不必。科學家們采取了一個折衷的辦法,定義了一種新的計時系統,稱為“協調世界時”,簡稱協調時。協調時采用原子時的秒長為基本計量單位,用這方法計量的時值仍保持原子時高度精確的特點;同時又盡量采用世界時的時刻。為此需要設置“閏秒”,即在適當的時刻加上1秒(正閏秒)或減去1秒(負閏秒)。當地球自轉略快時,協調時時刻便會落后于世界時時刻,此時就對世界時負閏秒,使其某一分鐘只有59秒,以使協調時的時刻趕上世界時的時刻;相反,當地球自轉略慢時,協調時時刻便會超前于世界時時刻,此時就對世界時正閏秒,使其某一分鐘延長到61秒,以使協調時的時刻“等齊”世界時時刻。總之,讓協調時時刻與世界時時刻之差不超過秒。

  目前國際時間局規定,閏秒置于6月30日或12月31

  來源:中基網

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