時間及其計量
正文
時間是物質存在的基本形式之一。可以通過某種選定的物質運動過程來計量時間，把其他一切物質的運動過程與這個選定的過程進行比較，判別和排列事件發生的先後順序和運動的快慢程度，從而對它們進行觀察、分析和研究。通常所說的時間計量，實際上包含既有差別又有聯繫的兩個內容：時間間隔和時刻的測定。時間間隔是指客觀物質運動的兩個不同狀態之間所經過的時間歷程。時刻是指客觀物質在某一種運動狀態的瞬間與時間坐標軸的原點之間的時間間隔。廣義的時間計量 客觀物質世界的運動和發展的過程是千差萬別的。譬如某些天體的年齡可達 100多億年，而人類有文字記載的歷史只有數千年，某些基本粒子的壽命則只有10-24秒。因此從廣義來說,按目前人類對客觀物質認識的水平，人們是在10-24～1018秒這個廣大區間內來計量時間的。對於這樣廣大的區間，不可能用唯一的物質運動過程來計量時間，必須根據所研究的實際問題，選用不同的時間計量方法。不同的時間計量方法分屬於不同的學科分支，有各自的特徵。
目前測量天體年齡的方法，是先測定天體的能量損耗速度和質量，再根據質能關係式估算它的壽命。用這種方法可以計量100多億年之間的時間間隔。
測定地球的年齡、岩石形成的時間和各個地質時期的絕對年齡，普遍採用放射性元素衰變法，這是地質紀年學的研究內容。用放射性元素衰變法可以測定數千年到數十億年之間的時間間隔，用這種方法估算的地球的年齡大約是46億年。
研究古生物的生長節律，能推斷古生物時代的時間記錄，這就是古生物鐘。每一塊保存較好的化石都可以當作一座時鐘，它能告訴我們化石的年齡和古生物生存的地質時代。古生物鐘（例如古珊瑚表壁上的環脊）證實了地球自轉速率長期減慢的理論，研究這種時間計量方法，屬於古生物學的範疇。
日、月、年、世紀的時間計量，屬於天文學中的曆法範疇。由於地球繞太陽的公轉周期和地球自轉周期沒有公約因子，協調這兩種天象（四季和晝夜），就成了曆法的研究問題。
在天文學中，通常所說的時間計量並不是指上述廣義的時間計量,而是指日以下的時間間隔（105秒）的計量，對於專門的天文台或物理實驗室，甚至是指秒以下的時間間隔的計量。同時,還需要確定一個初始曆元,作為時間計量的起點。
時間計量工作 人們最早是利用地球自轉運動來計量時間的，其基本單位是平太陽日，也就是通常所說的一天。這種以地球自轉為基礎的時間計量系統稱為世界時。一個平太陽日的1/86,400為世界時的一秒。世界時可以通過天文觀測來測定，這種工作稱為天文測時。天文測時受睛夜的限制，為了隨時獲得世界時，要用精密的天文時計將天文測時結果記錄下來，並根據天文時計的運行規律隨時指示外推的世界時，這種工作稱為守時。天文台用各種傳遞手段，如無線電訊號等將準確的世界時發播出去為各種用戶服務，這種工作稱為時間服務或授時。時間計量工作可以概括為測時、守時和授時三項內容。
時間計量單位 隨著科學技術的發展，近二十年來對時間計量單位（秒）作了兩次重大的改革。二十世紀以來發現基於地球自轉的世界時是不均勻的。根據國際天文學聯合會1958年的決議，從1960年起採用曆書時來代替世界時。曆書時是以地球公轉的運動為基礎的，曆書時的秒規定為1900年1月0日12時正回歸年長度的1/31,556,925.9747，曆書時的起始曆元定在1900年1月0日12時。曆書時通常是由觀測月球來測定的，觀測精度較低，一般只能測到0.1秒的精度,無法滿足各種科學技術工作的需要。1967年國際計量委員會決定，以原子時來代替曆書時。原子時的秒規定為銫原子基態的兩個超精能級之間在零磁場下躍遷輻射 9,192,631,770周所持續的時間，起始曆元定在1958年1月1日0時。
對時間計量單位(秒)雖然作了上述重大的改革，但是以地球自轉為基礎的世界時仍然有廣泛的用途。為了兼顧對世界時時刻和原子時秒長二者的需要，國際上規定以協調世界時作為標準時間和頻率發播的基礎。協調世界時的秒長與原子時的秒長一致，在時刻上則要求儘量與世界時接近（規定二者的差值保持在 0.9秒以內）。為此，可能在每年的年中或年末，對協調世界時的時刻進行一整秒的調整。
近況 世界時不僅是一種時間計量系統，同時也是對地球自轉的直接描述，它是研究地球自轉理論的基本數據之一。天文測時的方法和設備在最近幾十年中有迅速的發展，所用的儀器有光電中星儀、超人差稜鏡等高儀、光電等高儀和照相天頂筒等。目前綜合全世界的天文測時資料可以使測定的世界時精度達到 0.001秒的水平。近幾年出現的甚長基線干涉測量和雷射測距等技術，將會使天文測時的精度有成數量級的提高。
近三十年，天文時計也有重大的改革。第二次世界大戰後，天文擺鐘基本上已為石英鐘所淘汰。五十年代以後出現的原子鐘，使天文時計發生質變，原子鐘不僅是目前最精確的時計（高質量的原子鐘每天誤差不超過10-9秒），而且是建立原子時的基礎。
由於空間科學、大容量數字通訊、遠距離無線電導航等工作的發展，對時間同步的要求愈來愈高，促使授時工作不斷發展：傳遞時間頻率的無線電訊號所用的波段，從高頻、甚低頻發展到所有可用的無線電頻譜；傳遞訊號的機構，從專門的授時台發展到遠距離無線電導航台、電視台、直播電視衛星、導航衛星、通訊衛星以及微波中繼通訊站；所用的訊號方式，從秒脈衝發展到多脈衝和時間編碼等。目前，時間同步的精度已從一毫秒提高到幾個毫微秒。
參考書目
時研究會編:《時の科學》，コロナ社，東京，1966。
E.W.Woolard and G.M.Clemence,Spherical Astro-nomy,Academic Press,New York,1966.
