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“消失的10天”和“增加的一秒”——认知升级知识系列(2)

今年是公历闰年,2月份有29天,这种情况4年才一次,但如果你仔细翻翻日历的话,你会发现1900年和2100年都没有2月29号。但2000年又是闰年有2月29号,这是怎么回事呢?


其实在1582年之前,西方国家的历法确实是4年一个闰年的,当时一直沿用的是凯撒大帝时期的数学家兼天文学家索西琴尼的计算出的历法,平均一年365.25天,所以是4年一个闰年,这个历法被称为“儒略历”。但实际上我们现在知道,地球绕太阳公转一周是365.242199074天,虽然跟365.25天很接近,但长期下来误差就会慢慢积累的。于是就发生了一件匪夷所思的事情。


1582年2月24日,教皇格利戈八世下令,将1582年10月5日至14抹掉,于是这10天就消失了,一去不复返。1582年10月4日过完了,第二天已经是10月15日了,用科学语言表达,这10天的持续时间为0。于是历法又回到与太阳年同步。

 

当时以及后来有许多人对此感到惊愕,目瞪口呆,有人认为是荒唐、武断。“教皇一纸训令就能抹掉日历上的10天?” 虽然我们现在看来日历上少了10天应该也没什么问题,但对于生活在那个时候的人来说,还是会有很多问题的,一个月只有21天,那工资怎么计算,租金还有利息怎么计算,算整个月还是21天呢?肯定会在民间引起大量争议的。 


但是如果不进行修正,当时一个非常重要的日子“春分”,也就是太阳正好直射在地球赤道的那一天,已经跟日历偏移10天以上了,如果再长期积累下去,几千年后,春分甚至会跑到冬天去,那就不能叫春分了。而春分在当时又是非常重要的日子,比如教会的复活节就是以春分为参照的,而且很多国家是把春分作为新年的。这么重要的日子不断发生偏移自然是会有很大问题的。所以就发生了这件历史上非常著名的“消失的10天”。


而后,就改用了更为精确的“格里历”,每4年一个闰年,每100年整又没有闰年,每400年整又有闰年,也就是每400年97个闰年,一直沿用到了今天,所以我们看到1700、1800、1900都是没用闰年的,但2000年又是有闰年的。2100年又没有了。按照这种历法,虽然还是有一点点误差,但要8000年才误差一天,所以这种历法再用几千年完全没问题。


细心的朋友可能会发现,除了会有闰年,有时候还会有闰秒。去年的7月1号早上7点59分59秒,我们的时间就增加了一秒,也就是闰秒,这又是为何呢?


上面说的一天和一年,是按照地球的公转和自转计算的,地球在自转时同时公转,自转一周需用23小时56分4秒,同时公转了约0.986度,按地球自转速度折合3分56秒,自转加上公转用的时间总共24小时。


但这种时间其实并不是很精确的,因为地球自转的速度其实是不稳定的,总体来讲是一直在变慢。科学家发现,在泥盆纪的中期,也就是大约3.7亿年前,地球的一年就大约有400天左右。


但这种变化对应到每一天,还是非常缓慢的,平均大概4年才会相差一秒,所以对我们日产生活而言并没有什么影响,但随着技术的不断进步,人们对时间的精确度要求越来越高,特别是现在的很多高科技的设备比如卫星、通讯器材等,就需要用到非常精确的时间,所以就需要定义一个非常精确的秒的定义。


在1967年的国际“度量衡”大会上,就对秒做出了新的定义,那就是铯-133 原子基态的超精细能级之间的跃迀所对应的辐射的9,192,631,770个周期所持续的时间。这就相当于一个非常精准的钟摆一秒钟摆了91亿多次,所以是非常精确的。今天,名为NIST F-1的铯原子钟是世界上最精确的钟表,但它并不能直接显示钟点,它的任务是为全球统一提供“秒”这个时间单位的准确计量。


那闰秒又是怎么回事呢?如果按照铯原子秒的定义,把86400秒定义为一天不就可以了吗?为什么有时候一天会是86401秒呢?何况闰秒添加往往很容易引起混乱。从卫星导航、供电到流动通讯等,凡事都可能因为疏忽那1秒,或未能及时在不同时区加闰,引发程序系统问题。总而言之,为了多一个“嘀嗒”,全世界需要多付出很多人力财力成本。


因为前面说了,因为地球自转存在偏差,按照原子秒的定义,平均4年会多出一秒,虽然对我们这一代人来说并没有什么影响,但长期积累下来,在一万年后,就相差两个多小时了,也就是说到了那个时候,太阳会到下午两点多钟才会升到头顶,而再过几万年后,黑夜白天就跟我们现在完全颠倒了。


想象一下,如果几万年后的人读历史书,看到我们这个时代的一些描述,比如凌晨5点起来看日出,中午12点烈日当头,等等这些情形,就会把他们完全搞晕了。


虽然也有一派科学家已经提出取消闰秒的建议。他们认为,既然原子时足够精准,何不干脆摈弃由地球和太阳构成的 “天然大钟”,在军事、商业、科学测绘等各个领域彻底采用原子时?毕竟这样一劳永逸。


但大多数人还是认为,遵循日月更替的传统文化也是人类的财富,如果完全按照原子时种生活,将“割裂人类生活的时间与大自然之间的内在联系,孤独地奔跑在前进的道路上。所以通过投票,闰秒暂时还是被保留了下来,所以我们看到了去年的7月1日,北京时间的7点59分59秒之后,就出现了07:59:60的特殊现象。


文章转载自微信公众号:奔向自由之路

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