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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(zhì)，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(guān)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(zhì)，它主要體現(xiàn)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(zhì)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(xiàn)在：過去的現(xiàn)在、現(xiàn)在的現(xiàn)在和將來的現(xiàn)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(jié)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(jié)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(jiān)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(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，直接應用于科學研究和工程技術(shù)?；诖耍呔葧r間頻率已經(jīng)成為一個國家科技、經(jīng)濟、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。

時間的單位秒作為七個國際基本單位制之一，也是目前能實現(xiàn)的測量精度最高的一個量?，F(xiàn)代量子頻標的出現(xiàn)和電子技術(shù)的進步，極大地提高了時間頻率計量測試的穩(wěn)定度和準確度，更使之遙遙領(lǐng)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(zhuǎn)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(jù)國際米元器得到的，米長元器隨溫度、氣壓的環(huán)境變化而變化，精度并不高?，F(xiàn)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(xiàn)精度。

長度和時間的這種密切的關(guān)系已經(jīng)被用于導航系統(tǒng)，全球定位系統(tǒng)（GPS）尤其令世人注目。其最基本的原理就是把長度的測量轉(zhuǎn)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(nèi)。 完成這種轉(zhuǎn)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(jīng)開發(fā)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(chǔ)。

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(wèi)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(wèi)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(xiàn)技術(shù)、時間頻率設備測試方面的工作。