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上下四方曰宇,古往今來曰宙。請隨我們進(jìn)入“時間”的故事。

時間是什么？時間從何而來？

這是很多人都在思索的問題，也有很多人對時間表示疑惑，不知道為什么會有時間。在科學(xué)和技術(shù)上，時間的概念非常明確，就是人們?yōu)榱朔直媸录群箜樞蚨O(shè)定的一個坐標(biāo)。這個問題的解釋要從宇宙的起源開始。

宇宙大爆炸

宇宙創(chuàng)生之前，沒有空間也沒有時間，只是一個“點(diǎn)”。這個“點(diǎn)”的體積無限的小，但質(zhì)量非常大，引力也異常的大，以至于連光線都被吸在里面發(fā)不出來。人們目前所知道的物理定理在這里都是失效的，我們把這個“點(diǎn)”叫做奇點(diǎn)。 奇點(diǎn)靜靜的漂浮在那里，沒有人知道它為什么在那，也沒有人知道它要干什么。 突然，“砰”的一聲，奇點(diǎn)爆炸了，這下可熱鬧了！原子核、電子等形成物質(zhì)的各種基本粒子，一個接一個的產(chǎn)生了。這些粒子相互碰撞、相互結(jié)合、相互分離，慢慢的產(chǎn)生了各種物質(zhì)。隨后，我們現(xiàn)在看到的星系也逐漸產(chǎn)生了。由于爆炸的沖擊，這些星系一個接一個的遠(yuǎn)離爆炸的中心。

圖1. 奇點(diǎn)大爆炸（圖源：作者） 這個過程，就好似推翻的多米諾骨牌一樣的連鎖反應(yīng)，一個事件導(dǎo)致另一個事件發(fā)生，然后慢慢的，就形成了我們的這個宇宙。

“時間”的提出與定義

在宇宙演化一百三十多億年后，產(chǎn)生了人類。從此，這個宇宙就不平靜了。有一天，兩個人遇到并激烈的爭論起來，因?yàn)橛幸患?，他們統(tǒng)一不了意見。一個人說：“是這朵黃色的花先開的，那天我打死了一只野豬?！?另一個說：“是這朵紅色的花先開的，那時候我正在這朵花旁挖地?！?/p>

圖2. 提出“時間”的原因是比較先后順序（圖源：作者）

他們爭論了好久都沒能統(tǒng)一，只好去找族長，看族長有沒有什么辦法分出先后。族長聽了沉默不語，仰頭看著天空，靜靜的想了好半天，語重心長地說：“出現(xiàn)這個問題也不奇怪，那是因?yàn)槲覀儧]有定義出時間。如果有了時間，我們只需要說出每件事發(fā)生的時間坐標(biāo)，就可以比較它們發(fā)生的先后順序了。” “那么，族長，我們?yōu)槭裁床粍?chuàng)造“時間”呢？” “是呀！人類需要一個時間?！?/p>

1、時間的性質(zhì)族長開始忙碌起來，他要創(chuàng)造時間！族長集中了部落里的幾十位先知，成立了一個時間局。經(jīng)過他們絞盡腦汁的思索與冗長的討論后，給出了時間的三條性質(zhì)：

第一條：時間的作用是打標(biāo)記。制定時間是為了要干什么？就是為了給一個事件打標(biāo)記。通過比較兩個事件的時間標(biāo)記，就可以知道事情發(fā)生的先后順序。 第二條：時間要被大家所承認(rèn)。首先，我們部落內(nèi)部的活動，大家要使用同一個時間標(biāo)準(zhǔn)。如果不使用同一個時間標(biāo)準(zhǔn)，譬如張三和李四，那么他兩人對同一個事件的標(biāo)記就無法進(jìn)行比較，如此就失去了時間的意義。

其次，等將來我們幾個部落之間有相互交流的話，部落相互之間使用的時間，也要一致！這樣，部落之間才有對事件進(jìn)行比較的可能。等將來部落擴(kuò)展到全球，那就要統(tǒng)一全球的時間標(biāo)準(zhǔn)。 第三條：時間要能測量。我們制定一個“時間”，想讓大家都能用上，那就需要大家都可以測量到它。如果人們測量不到，那又怎么能夠用呢！

2、時間的要素把時間的性質(zhì)搞清楚后，時間局的任務(wù)馬上就能完成了。他們很容易就確定了創(chuàng)造時間的方法：選一個起點(diǎn)，再選一個周期現(xiàn)象，對這個周期現(xiàn)象進(jìn)行累計，這就是“時間”。

圖3. 時間具有兩個要素（圖源：作者）

時間的起點(diǎn)與周期

起點(diǎn)的選定比較容易，可以選用某一個偉人的生日，大家后來同意確定使用耶穌的生日。至于周期現(xiàn)象，則讓大家費(fèi)了一番功夫。 樹上的年輪一年長一圈，這就是一種周期現(xiàn)象。但大部分人并不同意使用這個周期現(xiàn)象，因?yàn)橛^測這個現(xiàn)象要把樹砍斷，難度較大。 喇叭花每天早上開放，也是一種周期現(xiàn)象。但冬天就觀察不到這個現(xiàn)象了，因?yàn)椴怀志?，所以很多人也不同意?族長家后院有個泉水，常年累月的滴水，一滴一滴的，也是一種周期現(xiàn)象。但由于這個泉水在族長家，其他很多人都觀測不到，也被否認(rèn)了。 最后，大家一致同意，用“日”這個周期現(xiàn)象：太陽升起一次就是過了一天。這種周期現(xiàn)象較為容易觀測，也能被大家所接受。這樣，時間就產(chǎn)生了！ 人們在非常長的歲月里，都在使用這種由太陽得到的時間標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生活。直到科技發(fā)展，人們需要更加精準(zhǔn)的時間，才轉(zhuǎn)而使用其他的周期現(xiàn)象，使時間的產(chǎn)生更加容易把控，精度更高。

結(jié)語

這就是時間起源的故事。人們定義出一個時間尺度，利用這個尺度作為比較事件發(fā)生先后的依據(jù)。這個時間尺度可以一直向前推到宇宙大爆炸，向后推到宇宙結(jié)束，這就給出了所有計時器具都必須遵守的參考標(biāo)準(zhǔn)。所有的計時器具都按照這個標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)，這就把時間的產(chǎn)生轉(zhuǎn)化為時間的測量。

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(xiàng)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。陳瑞瓊，中國科學(xué)院國家授時中心副研究員，博士，主要從事高精度時間頻率測量、改進(jìn)的衛(wèi)星共視法研究、標(biāo)準(zhǔn)時間頻率遠(yuǎn)程復(fù)現(xiàn)等方面的研究工作。