秒的定义为什么这么复杂

很好,要知道为什么这么定义1秒的长度,需要知道它的历史。

以前我们是如何定义秒长的?

古人没有秒的概念,农业社会时,人们遵从大自然的规律,日出而作日落而归,不需要纠结一秒多长。

到了工业社会,出现了雇佣和工人,人们需要按照一定的时间进行工作,这是时间的长短变得重要起来。为了将全球的时间统一起来,人们协定了一种时间,叫做世界时。

世界时是一种太阳时,通俗的讲就是以地球自转为基础的计时方法。世界时以地球自转一周的时长作为一天,将其分割成24小时,1440分钟,86400秒,所以一秒的长度自然就是地球自转一周的86400分之一长。

秒的定义为什么这么复杂图1

地球自转不规律,长期以来越来越慢

但是,依靠地球自转的来计量时间有一个缺点,就是地球自转的不规律性。

从长远来看,地球自转速度是越来越慢的,自转一周所需要的时间也就越来越长。科学家们发现,2000年来以地球自转周期为基准所计量的时间,累计慢了2个多小时,这种变化导致每天时间不断增加,而每年的天数不断减少。

地球的自转速度还存在着季节性的周期变化,春天变慢,秋天变快,此外还有半年周期的变化。这些变化是由于风的季节性变化引起的。

除此之外,地球的自转还存在其他的不规律变化,原因也并不明确。

原子时的诞生

地球自转既然是不规律的,那么用它来定义秒长就显得不太合适。

随着科技的发展,人们发现原子内部的能级跃迁变化十分稳定,所以萌生了用此来计时的想法,并最终在1955年在量子物理学基础上的诞生了铯原子时间标准。

至于为什么是铯-133原子基态的两个超精细能级间跃迁对应辐射的9192631770个周期的持续时间表示一秒,是由于当时的地球自转速度决定的,也是为了更好地适应人们对时间的自然感知。

1967年第十三届国际计量委员会决定,把在海平面上实现的上述原子时秒,规定为国际单位制时间单位。从此,时间计量标准便正式由天文学的宏观领域过渡到了物理学的微观领域。

秒的定义为什么这么复杂图2

我们日常使用的时间是世界协调时

我们平时使用的时间并不是原子时,也不是世界时,而是二者结合的世界协调时。

通过上面的讲述,我们可以知道,原子时的秒长不变,并且可以一直连续下去。而世界时因为地球自转的影响会越来越慢,一天所需要的时间也会变得越来越长。当世界时所计算的一天比原子时所计算的一天慢1秒钟的时候,我们在世界时上额外加上一秒,让二者重新保持相等,这就是闰秒

目前这种计时方法依然在使用,闰秒也一直在增加,至今闰秒数已经是18秒了。最近的一次调整是在北京时间的2017年1月1日7时59分59秒后增加一秒,即2017年1月1日7时59分60秒。

结束语

秒长的定义如此复杂是人们的时间观念和地球自转不规律的共同结果,也是科学家的努力哦


古巴比伦人用的是60进制和24进制。一天分为24小时,一小时有60分钟,一分钟60秒。这样就有了秒的由来,把一天划分 24*60*60=86400 份就是我们用的秒。但是同样的问题又来了,由于地球自转不靠谱,一会快一会慢。有时候还来个平年闰年,这么定义每年改标准都要累死人。

后来人们发现了新玩法:1660年伦敦皇家学会提出,在地球表面,摆长约一米的单摆,一次摆动或是半周期(没有反复的一次摆动)的时间大约是一秒。 这样看似很靠谱,但是问题又来了,秒的定义就依赖米的定义。但是这两个单位应该是互相独立的啊,不能说没有米尺咱们就计时不了了。最后人们还是觉得,原子钟这个东西好啊!上天入地在什么环境下折腾都稳得一笔。于是人们凑在一起有一商量: 在1967年的第13届国际度量衡会议上决定以原子时定义的秒作为时间的国际标准单位:铯133原子基态的两个超精细能级间跃迁对应辐射的9,192,631,770个周期的持续时间。

所以说,单位定义的奇怪不是因为人类太愚蠢了。只是因为所有的单位定义都是需要参照物的,一个全世界都统一的参照物。如果人类是在火星上居住而不是地球上,可能现在米、秒所有单位定义和现在都不一样了。

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