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科学普及

【第二届分省院科普征文大赛作品展示】从汉字理解时间本质

发表日期:2020-04-17来源:放大 缩小
(第二届分省院科普征文大赛 三等奖 中科院国家授时中心 蔡宏兵 ) 
  时间的本质是什么,这既是一个哲学问题也是一个科学问题。古希腊哲学家亚里士多德在西元前4世纪就感叹“我们周围自然界所不了解的事物中,最不清楚的就是时间,因为谁也不知道什么叫做时间和怎样控制时间”。十六世纪英国物理学家牛顿认为“绝对的、真正的数学时间自身在流逝着,它的本性是均匀的。它的流逝同任何外界事物无关”。很显然,牛顿认为存在时间这样一种物质,在均匀的流淌,它可以作为绝对的参考系。后来爱因斯坦提出了相对论,他认为时间、空间和物质的运动相联系,时间和空间都是物质运动的属性。
  中国伟大的圣人老子曾说“有名万物之母”,如果想探究一个事物的本质,从它的名字入手也许是一个很好的方便。
  我们现在所说“时间”这个概念,对应于英文单词“time”,它的涵义很广,既包括时的间隔,一段时间,又指具体的某个时刻,如某个事件发生在几时几分几秒,很精确。我们中国古代一般用“时”来代替“时间”,很少说“时间”。“时间”一词最早出现在金朝董解元的《西厢记诸宫调》中:时间尚在白衣,目下风云未遂,这里的“时间”是目前、当前的意思。《尚书》记载早在尧帝时代(约西元前2188—西元前2067年)就“乃命羲和,钦若昊天,历象日月星辰,敬授民时”,就是说尧帝任命羲和这位天文学家恭敬严谨的观测天象,为百姓传授历法、四时之序。这个“授”字用得太好了,大家体会。
  
北京古观象台的圭表
位于河南登封的周公测景台遗址
    在殷墟的甲骨文里,“时”写作 ,上面“”表示人的脚趾,前进的意思,下面的“”表示太阳,所以甲骨文里“时”的意思就是太阳的运动。也就是说很早我们古人就认为“时”代表了天体的运动。再看我们常用的“年”,甲骨文为“”,表示下面的人背着丰收的谷物,谷物的丰收一般在秋天,也是与天象相联系的一个字。而且古人测量一年的长度,就是用的圭表,其直接观测的天体是太阳。根据《周礼》,垂立于平地上的标杆或石柱叫表,正南正北方向平放的测定表影长度的刻板叫圭,通过长期的观测正午时分表影长度,可以精确的计算回归年的长度。虽然“年”的造字本义与天体的直接关联性不大,但早在西周之前测“年”就是一个天文观测活动。
  计时的常用单位“日”和“月”很显然跟太阳和月球直接联系,甲骨文分别为“”和“”。人们通过观测太阳东升西落,形成了太阳日,月亮的月缺变化周期约30天。古人还发明了日晷来测量时间,并用12地支表代表具体什么时辰。表示月亮变化的朔(每月初一)、望(每月十五)、晦(每月最后一天)汉字都与“月”部有关。“晦”早期文字是“”,左边是“月”,右边是“黑”,其本意是阴历每月最后一天看不到月亮夜晚特别黑。由此我们可以看出人们常用的时间单位“年、月、日”都来自于天文观测。
  时间“秒”对应于英文“second”。“秒”字在古代指禾芒,也是长度的单位、容积的单位。查询《康熙字典》也没有关于时间秒的解释。再查询《中华大字典》就有关于时间“秒”的定义,虽然与现在的秒定义不同,但也符合当时人们的认识。《中华大字典》1909年开始编纂,1914年编成。可想而知,该词条的录入者是个通达的学者,对西方的科技至少是了解的。不知哪位先贤最先用“秒”来翻译英文的“second”,给先贤点赞!想想当时我中华虽处内忧外患,仍有仁人志士为传承华夏文明火种而紧跟时代步伐默默努力,向前辈致敬!
   
  现代关于“秒”的定义是1967年第十三届国际计量大会上给出的:“秒是以铯-l33原子基态的两个超精细能级间跃迁辐射的9 192 631 770个周期的持续时间”。为何要取这么不好记忆的一个数来定义,因为只有用这个数来定义秒,当把这个时间尺逐级放大,放大60倍到分,放大60倍到时,再放大24倍到一天,这样一个时间尺度才与太阳周日视运动周期一致,符合人们的生活习惯,人们才会接受它。也就是说,不管你秒如何定义,是由摆钟、石英钟,还是原子钟,事实上最后都是与天文时相联系。
国家授时中心的铯原子钟 
  好了,时间是什么?它反映了天体的运动,它是与天体运动相联系的一个量。年月日是日月地的运动的反映,太阳系在银河系中以每秒240公里/秒绕银心运动,银河系所在的本星系群又带着银河系相对于微波背景以每秒600公里的速度运动……,大家闭上眼睛,想象下整个宇宙在运动着,宇宙的运动带动着室女座本超星系团、本超星系群、银河系、太阳、地球、月亮运动着。年、月、日这些时间概念它不仅仅反映了日月地的运动,事实上日月地这些局域运动是在整个宇宙运动下完成的,好比你在飞机上玩3个球的相互绕转一样,飞机的运动代表了宇宙的整体运动,你玩的3个球的绕转代表的是日月地的局域运动。由此可以认为年月日事实上反映了整个宇宙的运动。你也许现在只认同年月日反映的是日月地的局域运动,但是事实上每次制定历法时都是要参考天象的,从古到今都是这样,紫金山天文台每年发布的天文年历来都要根据最新的天象来重新计算,这个天象就是日月地系统所处的宇宙环境,它反映了宇宙的运动。天象变,计算历法的参数跟着变,这些变化的结果就反映到我们日常所使用的时间上。
 
太阳、地球、月亮
银河系
本星系群
  锶原子光晶格钟其稳定度已达到10^-18量级,相当于160亿年不差一秒,时间是所有物理量里实现精度最高的一个量。未来人类对时间的研究必然会在更广阔的时空背景下获得长足的脚步,进而推动人类思想的解放。
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