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怎么理解闰秒与世界协调时?地球自转加快,时间就变快了吗?

春节前,央视播发了一条新闻,说是现在地球自转速度加快了,因此时间流逝比过去半个世纪任何时候都快了。其实这种说法是不准确的,时间本身并没有加快,正是这样才有比较,比较的结果是地球自转加快了。

时间是客观存在与主观认知的结合体。

为什么说时间既是客观存在,又带有主观性质呢?这是因为我们宇宙时空物质是三位一体的,空间是物质的张量与容器,物质是空间存在的依据,时间是物质和空间变化的根据。没有空间,物质就没有容身之地;没有物质,空间就是虚无不存在的;而没有时间,就无法衡量空间的张量和物质的变化。

这个世界的一切物质都在运动变化着,而且是一直向前不可逆转,因此时间也是一往无前永不回头的。这就是客观之间。但人类认识了时间后,为了用时间来描述记录我们的世界,就根据地球自转以及与太阳的公转关系,确定了时间刻度,1年约365.25天,1天为24小时,1小时为3600秒。

如果我们宇宙存在地外文明的话,那么它们认知的客观之间是与我们一样的,但采取的主观时间一定不一样。因为它们存在的星球运行肯定会与我们不一样。如果是火星人,围绕着太阳转一圈相当地球686.971天,自转一圈约24小时39分35.244秒;海王星1年则相当地球164.8年,1天约16小时6分36秒。因此,它们一定不会按照我们这样来计时。

客观时间放之宇宙而皆准。

在宇宙任何地方,客观时间流逝是一样的。比如元素的衰变周期,或者说原子的震动频率。铀(U)238的半衰期为45亿年,这在任何条件下都是一样的,不管是地球人类还是外星文明,只要达到一定的科技水平,都能够检测出来,这种时间就是客观的。

地球人按自己主观时间刻度将铀的半衰期定为45亿年,如果有火星文明存在,它们也是以围绕着太阳转一圈算1年的话(当然它们怎么表述不重要,重要的是这个意思),它们表述铀238半衰期就是约23.9亿年;而海王星文明则表述约3065万年。

这也是旅行者一号搭载了一小块铀的目的。如果旅行者一号在若干亿年后被地外文明捕获,这些智慧体就能够从这块铀238的衰变状态,计算出旅行者一号从家园出发的时间。

人类的“秒”是怎么确定的?

人类现在以原子钟精确计时,时间协调时是一个很复杂的系统,就不一一细说了,简单地说,就是根据原子跃迁频率来确定秒的时间。如用铯-133计时,当向铯-133施加能量时,铯-133电子受到激发就会发生跃迁,并释放出固定频率的电磁波,也就是所谓“共振频率”,人们把铯-133在零磁场中共振9192631770次的时间,定为1秒。

这种原子振动频率在任何地方都是一样的,因此也是客观的。根据爱因斯坦相对论,时空在速度和重力条件下是相对的,不同速度或重力系统中,时间流逝快慢是不一样的。这是不是就影响了时间本质的客观性呢?时空通讯认为,没有。因为不管是人类还是地外文明,在不同的引力场或速度系统中,监测到的时空膨胀效应都应该是一样的。

世界时间精确性已经达到阿秒级。

何谓阿秒?1秒等于1000毫秒,1毫秒等于1000微秒,1微秒等于1000纳秒,1纳秒等于1000皮秒,1皮秒等于1000飞秒,1飞秒等于1000阿秒。因此,1阿秒就是100亿亿分之一秒。现在的世界协调时间误差小于1000亿亿分之一秒,也就是数亿年乃至百亿年才会相差1秒。

现在的世界协调时就是根据原子振动频率为秒长确定的计时单位,本身与地球自转没有什么关系,但当与平均太阳时相差达到0.9秒时,就会根据地球自转是减慢了还是加快了,就会调整正或负1个闰秒,也就是在原来的时间上加1秒或减一秒,这样就能保证时间与地球季节的协调一致。

不同原子被激发的电磁波频率是固定不变的,不管是在地球上还是在任何其他宇宙环境都是一样的,因此这种频率是客观的,这样人类的1秒就是根据客观时间制定的,不会变化的。但电磁波频率本身没有一个整数,都是取一个近似值,这样就会有误差存在。

目前世界上最精准的原子钟,如英国国家物理实验室的NPL-CsF2原子钟,1.38亿年才会正负误差1秒,而现在澳大利亚科学家正在研制的钍-229原子核钟,将把误差1秒时间延长到1400亿年,也就是如果用这种钟计时,从宇宙诞生到现在138亿年误差不会超过1/10秒。

因此,客观时间永远不会加快和减慢。

所以,央视说的时间变快了实在是一个误区,客观时间是永远也不会加快或减慢的。但地球自转并不是绝对均匀的,会有微小的快慢变化,央视只是把这种变化说成是时间发生了变化。正是1秒还是1秒,才能够衡量到地球转动的快慢。

那么一时闹得沸沸扬扬的地球自转速度加快,到底加快了多少呢?据科学家监测表明,1天也就快了不到1毫秒。1毫秒是多少呢?也就是1000分之一秒。也就是地球自转一圈,也就是一个昼夜本来需要86400秒,现在少了千分之一秒,就是只有86399.999秒了。

据中国授时中心科学家们发布的消息,地球在2020年自转加速了,最为明显的是2020年7月19日,这一天比24小时短了1.4602毫秒,创了半个世纪以来加快的最高记录。但这种加速并不是每天都平均的,授时中心科学家预测,在2021年,地球自旋加速会让每天缩短0.05毫秒,这样1年就要缩短18.2625毫秒,也就是约0.018秒。

地球自转整体趋势是变慢的。

地球从诞生以来,转速就一直在缓慢地变慢。45亿年前地球刚刚形成时,转动速度比现在快多了,只约6小时就自转一圈,1年要转1千多圈,也就是有1千多天。那时地球距离太阳比现在近很多,月球距地球也比现在近很多。

6亿年前,地球自转一圈每天约22小时,现在则为24小时,我们可以大约算出,地球自转平均每年变慢0.012毫秒。因此这个变化看起来很缓慢,但如果按照这种趋势下去,未来10亿年,地球每转一圈将减慢12000秒,也就是每天要延长约3.33小时,这样每个昼夜就有27.33个小时了;到了50亿年后太阳毁灭时,地球自转一天将延长60000秒,每个昼夜就有36.67小时了。

那么地球自转为什么会越来越慢呢?

导致地球变慢的原因比较复杂,最主要是太阳和月球对地球形成的引潮力导致。所谓引潮力就是由于引力加在天体表面位置的力度不一样,导致天体变形,尤其是流体变形得厉害,就会有让天体相互锁定的趋势。所谓引潮力锁定,就是天体公转和自转完全一致了,看起来两个天体就永远只有一面相互对着。

一般来说,大天体会更早地锁定小天体,比如月球就被地球潮汐锁定了,因此月球就总有一面向着地球,看起来就没有了自转。实际上月球自转和公转一致了,围绕着地球转一圈,自己也转一圈,这样看起来就没转。

太阳和月球对地球的引潮力也有不断让地球自转变慢,最终锁定的趋势。尤其是月球距离地球较近,因此对地球引潮力更大,每天海洋的涨潮落潮就主要是月球引力导致的。一些科学数据监测认为,地球的自转速度现在每个世纪约减缓0.00164秒。根据这种趋势计算,一直到太阳系毁灭,地球都不会被潮汐锁定,而且还早着呢。

地球自转变慢只是总趋势,中途会有波动和变化。

因为影响地球自转的因素很多,其中就有地球内部结构的变化,如地球重心变低就会导致地球自转速度加快。这有点像冰山芭蕾演员的表演,当演员在冰上做旋转动作时,手足展开旋转就会比较慢,而手足收缩抱成团,旋转就会骤然加快,看得我们眼花缭乱。

这就是所谓角动量守恒。这个理论告诉我们,当一个既定质量的物体动量不变的情况下,体积缩小转动的速度就会更快。地球随着时间的推移,核心一直在渐渐变冷,地核就会收缩,导致地幔沉降,重心就会下移;这些活动会引起地震,一些大地震更加剧了重心的变化,这是地球自转加快的原因之一。比如2011年日本9级大地震,科学家们就监测到地球自转加快了1.8微秒。

还有由于人为因素导致地球气候变暖,冰川融化,使地球表面质量分布发生变化,这也是引起地球自转加快的一个原因。但一般认为这种加快只是在不断变慢的总趋势中一个插曲,最终的自转变慢趋势还是不变的。

因此,有人担忧地球自转会越来越快,最后把人都甩出去,最终地球会分崩离析而毁灭。这种想法毫无根据,且没有必要。

“闰秒”是什么?

说了这么多,都说明时间本身并没有变化,变化的只是地球自转,根据没有变化的时间衡量,才能够知道地球自转比过去快了。那么这种每天快或慢的变化,要不要调整时间呢?日积月累,未来1天岂不越来越对不上标准时间了?

别担心,科学家早就有保证时间不错乱的工具,就是“闰秒”。

就像闰年闰月一样,为了把时间与地球自转和公转对整齐,科学家们也确定了一个“闰秒”,就是根据地球自转减慢和加快,每天时间都会变得多或者少那么一点点,日积月累就可能改变一天时间,达到一定程度就“闰”一下,就把时间又对准了。

这个“闰”丝毫也没有改变客观时间的规律,原子共振频率确定出来的“秒”依然是精准的,只是当地球每年积累误差达到0.9秒时,就将时间增加或者减少1秒,这样就把过去欠缺或超过的时间调校回来,1年就还是1年。

比如现在对照50年前的时间,已经快了0.5秒,如果按照2021年地球自转每天平均要快0.05毫秒的话,1年就要快18.25毫秒,一直按这个趋势,除去已经快了0.5秒计算,达到0.9秒误差还需要约22年。因此如果一直这样快下去,也还要在22年后才会调整1闰秒,以使计时和地球自转及与太阳关系相符。

闰秒已经调整多次了。

自从人类有了精确计时工具后,截止到现在,已经进行了27次闰秒调整,均为正闰秒,就是向后拨1秒,这就是说,地球自转都是越来越慢的趋势。当累计减慢0.9秒时,在半年或年终最后一天时,让最后1分钟成为61秒。

距今最后一次闰秒调整是在2016年12月31日,格林威治时间在这个时刻,将23点59分后59秒跳到0点,调整为60秒跳0点,这样这一天就增加了1秒。而北京处于东八时区,调整时间在2017年1月1日,7点59分59秒后面加1秒。这种调整叫“正闰秒”调整,这就是所谓世界协调时。

那么地球自转变快会来一次负闰秒调整吗?

这得看地球自转加快最后累计时间会不会减少到达0.9秒这个界限。从地球一直自转变慢的趋势来看,这种变快的现象一般只是偶然的,不持续的。

如果这种现象中断,地球又开始自转变慢了,这种负闰秒的调整就没有必要了。不管是正闰秒调整还是负闰秒调整,都是一个非常严肃的事情,不能随意变动,要全球同步行动。因为现在社会已经对时间有非常精密的要求,1秒钟时差就会导致整个社会发生混乱,甚至巨大的灾害。

比如炒股、发射宇宙飞船、导航定位系统等等,1秒之差都会导致谬之千里的错误。只要我们尊重科学,按照客观规律认识时间问题,精准地做好调整,地球自转这点快慢对人类社会生活是没有任何影响的,大家就把心放在肚子里好了。

这就是时空通讯对闹得沸沸扬扬作为“时间变快”的看法,不知各位是否同意,欢迎讨论并在评论区留下您宝贵意见。如喜欢我的文章,请关注支持。

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