與時(shí)俱進(jìn)的計(jì)時(shí)科技

剛剛走出考場(chǎng)的小粗心感慨地說(shuō)：“今天手表沒電池了，考試差點(diǎn)誤了交卷時(shí)間。”

一旁的小好問(wèn)突然接了句：“真不知道古人科舉考試時(shí)沒手表是怎么把握時(shí)間的。”

小靈通立即回復(fù)說(shuō)：“小好問(wèn)，古人雖然沒時(shí)鐘，但也有自己的計(jì)時(shí)工具哦。”

神通廣大的奧秘精靈在一旁補(bǔ)充說(shuō)：“沒錯(cuò)，一千多年前的北宋，能工巧匠們就發(fā)明了水鐘、流沙鐘等計(jì)時(shí)工具。今天咱們不妨就追溯一下時(shí)間計(jì)量的前世今生吧！”

遠(yuǎn)古的時(shí)間尺度

“為了讓你們切身體驗(yàn)一下時(shí)間計(jì)量的發(fā)展歷程，我們今天要坐時(shí)間機(jī)器回到古代咯。不過(guò)啟程前，讓我先看看你們對(duì)于古代的時(shí)間計(jì)量了解多少。你們知道最古老的計(jì)時(shí)器是什么嗎？”

小靈通搶先回答：“我記得上次參觀故宮的時(shí)候，看到了一個(gè)用石頭做的大圓盤，上面有一根鐵棍，爸爸告訴我那是古代的計(jì)時(shí)器，叫日晷。”

小粗心：“我也聽說(shuō)過(guò)日晷，是根據(jù)太陽(yáng)照射的影子來(lái)推測(cè)時(shí)刻的儀器。”

小好問(wèn)：“我以前在電視里看到過(guò)水鐘，據(jù)說(shuō)是根據(jù)等時(shí)性原理滴水計(jì)時(shí)的儀器哦。”

【關(guān)主釋答】

你們提到的這兩種計(jì)時(shí)工具都是真實(shí)存在的，不過(guò)日晷的存在時(shí)間更長(zhǎng)一些。日晷公元前就已經(jīng)出現(xiàn)了，而水鐘則是到了宋代才出現(xiàn)。

根據(jù)考古和古代文獻(xiàn)資料顯示，我們最古老的計(jì)時(shí)工具可以追溯到公元前2 357～公元前2 258年的堯帝時(shí)期，包括圭表和日晷兩種。圭表，由“圭”和“表”兩個(gè)部件組成。它和日晷一樣，也是利用日影進(jìn)行測(cè)量的古代天文儀器。圭表中的“表”是一根直立的標(biāo)桿，“圭”是正南北方向平臥的尺，表放在圭的南北兩端，并同圭相垂直。表主要用來(lái)產(chǎn)生日影，圭則用來(lái)度量正午日影的長(zhǎng)度。根據(jù)正午時(shí)日影的長(zhǎng)度人們可以推定二十四節(jié)氣，從日影長(zhǎng)短的周期性變化可以確定回歸年的日數(shù)。

而日晷，據(jù)說(shuō)是在圭表的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)。通常由銅制的指針和石制的圓盤組成。銅制的指針叫做“晷針”，垂直地穿過(guò)圓盤中心，起著圭表中立竿的作用，因此，晷針又叫“表”；石制的圓盤叫做“晷面”，安放在石臺(tái)上，南高北低，使晷面平行于天赤道面，這樣晷針的上端正好指向北天極，下端正好指向南天極。

之后的幾千年里，逐步出現(xiàn)了水鐘、流沙鐘等一些計(jì)時(shí)工具，它們均使用一定數(shù)量的流體，通過(guò)測(cè)量流體在特定方式下流動(dòng)所需的時(shí)間來(lái)表示固定的時(shí)間間隔。這類不依賴于天文現(xiàn)象的“漏刻”計(jì)時(shí)儀器也有數(shù)千年的歷史了。

萬(wàn)無(wú)一失的原子鐘

“隨著社會(huì)發(fā)展的需求，對(duì)時(shí)鐘精度的要求越來(lái)越高，于是石英鐘應(yīng)運(yùn)而生，它是通過(guò)石英鐘內(nèi)部穩(wěn)定的石英振蕩器來(lái)計(jì)時(shí)的。隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)于時(shí)間精密測(cè)量的需求越來(lái)越高，又出現(xiàn)更多更精準(zhǔn)的計(jì)時(shí)工具。你們知道目前國(guó)際上最精準(zhǔn)的計(jì)時(shí)工具是哪種嗎？”

小粗心：“電子手表！我每次考試都靠它來(lái)計(jì)時(shí)。”

小好問(wèn)：“難道不是石英鐘嗎？我媽媽說(shuō)石英手表比機(jī)械表計(jì)時(shí)要準(zhǔn)確一些。”

小靈通：“我之前看雜志說(shuō)有原子鐘，能達(dá)到數(shù)萬(wàn)年才誤差1秒。”

【關(guān)主釋答】

這一關(guān)小靈通的回答是正確的。原子鐘是利用原子吸收或釋放能量時(shí)發(fā)出的電磁波來(lái)計(jì)時(shí)。由于這種輻射電磁波周期非常穩(wěn)定，再加上利用一系列精密的儀器進(jìn)行控制，原子鐘的計(jì)時(shí)就可以非常準(zhǔn)確了。最初并且最常用于原子鐘研制的元素有氫、銫、銣等堿金屬。原子鐘的精度可以達(dá)到每100萬(wàn)年才誤差1秒。

對(duì)于原子鐘，科學(xué)家不遺余力地進(jìn)行探索并取得了巨大的研究成果，他們研究出了比現(xiàn)行的基準(zhǔn)鐘——銫原子鐘精度更高的時(shí)鐘，即光鐘。光頻標(biāo)的研究得到了大力發(fā)展，這種利用以原子的光學(xué)波段共振頻率標(biāo)準(zhǔn)作為時(shí)間頻率基準(zhǔn)的鐘——光學(xué)原子鐘，將人類對(duì)時(shí)間、頻率的測(cè)量精度又大大向前進(jìn)了一步！

因?yàn)樵隅娫跍y(cè)量時(shí)間頻率時(shí)，它的“尺子”就是原子共振時(shí)發(fā)出的波長(zhǎng)，波長(zhǎng)越短意味著“尺子”的刻度越精細(xì)，測(cè)量也就越精確。目前最新光鐘的測(cè)量精度已經(jīng)比微波原子鐘高出了100多倍！

為何北京時(shí)間由陜西發(fā)布

“大家都知道我們所在的時(shí)區(qū)是東八區(qū)，時(shí)區(qū)內(nèi)的時(shí)間也稱之為‘北京時(shí)間。但其實(shí)‘北京時(shí)間的發(fā)布地點(diǎn)并不在北京，而是在陜西，你們知道其中的原因嗎？”

小粗心：“我猜是當(dāng)時(shí)陜西最先引進(jìn)先進(jìn)的原子鐘吧。這里的時(shí)間計(jì)時(shí)是當(dāng)時(shí)最精準(zhǔn)的。”

小好問(wèn)：“相較于北京，陜西的地理位置比較靠近中心位置，以這里的時(shí)間作為全國(guó)通用時(shí)間比較合理。”

小靈通：“嗯，我也認(rèn)同小好問(wèn)的推測(cè)。”

【關(guān)主釋答】

沒錯(cuò)，小好問(wèn)的分析很有道理。20世紀(jì)50年代，美、蘇、日等發(fā)達(dá)國(guó)家就開始陸續(xù)建立國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間及授時(shí)系統(tǒng)。新中國(guó)成立之初，百業(yè)待興，意識(shí)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間頻率發(fā)播臺(tái)的深遠(yuǎn)意義，毛主席便指出：“中國(guó)必須有中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，中國(guó)的時(shí)間不能掌握在外國(guó)人手里！”

1966年3月26日，周恩來(lái)總理親批要在中國(guó)腹地建立自己的時(shí)間發(fā)播系統(tǒng)。

我國(guó)幅員遼闊，按照國(guó)際時(shí)區(qū)劃分的話，東西之間跨越了五個(gè)時(shí)區(qū)，首都北京處于東八區(qū)，但授時(shí)臺(tái)又必須建在我國(guó)的中心地帶，通過(guò)研究最終決定將陜西定為“北京時(shí)間”的發(fā)布地。每當(dāng)整點(diǎn)鐘時(shí)，中央人民廣播電臺(tái)便會(huì)發(fā)出由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心發(fā)播的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，人們則根據(jù)收音機(jī)發(fā)出的“嘟、嘟”聲調(diào)整校對(duì)自己的鐘表。

宇宙中一切物質(zhì)的起源和消亡，世間一切事物的產(chǎn)生和終結(jié)，地球上一切生命的誕生和滅亡……所有的這些都與時(shí)間緊密相關(guān)。因此，人們自古對(duì)于時(shí)間的計(jì)算就有著執(zhí)著的追求。0.01秒的時(shí)間差，不僅能決定百米短跑的冠亞軍，更有可能影響國(guó)家層面的科學(xué)、軍事行動(dòng)。當(dāng)然我們?cè)谌粘Ｉ钪校惨獙W(xué)會(huì)珍惜時(shí)間，把握每分每秒哦。