闰秒并不是真的多出了一秒?

北京时间7月1日7:59:59秒之后,并不是8:00:00,而是7:59:60。这多出的一秒,就是最近炒的很热的闰秒了。不过时间并不会凭空多出一秒,所谓的闰秒,只是不同时间标准相互协调的产物。

一天到底有多长并不确定

自古以来,人类的生活规律都是“日出而作日落而息”,地球自转一周就是一天——24个小时。这就是世界时(UT)的原始定义。把这24个小时继续拆分,就会得到1分钟和1秒钟的长度。但实际上,地球的自转周期并不是一成不变的。短期内,地球自转速度变快或变慢并不一定(这也是为什么只能提前6个月再确定是否有闰秒),但从长远来看,地球的自传速度是在不断变慢的,原因来自地球和月亮构成的地月系统:地月之间的潮汐力会造成潮汐加速现象。简单来说,由于月亮在顺行轨道上运行,会逐渐退行和远离地球。这一结果导致月球的角动量增加,而地月系统由于角动量守恒,地球的自传速度便会减慢。

我们对时间精度的要求越来越高

从人类感官的角度来讲,以地球自转为衡量标准的世界时当然更加适用,但自从人类进入信息时代开始,一切都变得不一样了。全球定位系统、金融交易系统、空中交通管制系统、电子通信及航天等领域都对时间的精准程度要求非常高。汇率的变化以毫秒为单位,火箭也会因为提前发射一秒而进入错误轨道。为此,人类迫切需要一种更精准的时间计量方式。

1967年,国际计量大会(CIPM)定义秒为铯133原子(Cs133)基态的两个超精细能级之间跃迁所对应辐射的9,192,631,770个周期所持续的时间,国际原子时(TAI)诞生。在此基础上,将秒叠加再得到分、时、日、月、年等更大的时间单位。这是目前为止最精确的时间测量方式,因为铯原子钟的误差为1,400,000年1秒,基本上可以忽略不计。

让人眼花缭乱的时间标准

不同的需求对应不同的测量标准,目前人类已经有了太多标准用于衡量时间:

世界时(UT):世界时以午夜为0时开始计数,基于精确测量的地球自转周期。

国际原子时(TAI):以一台原子钟作为时标,无视任何地球运动。

除了以上两种最常见的时间衡量标准之外,还有地球时(TDT)、质心力学时(TDB)、质心坐标时(TCB)及地心坐标时(TCG)等等。

说了这么久,“闰秒”怎么还没有出现?

闰秒的概念来自协调世界时(UTC),顾名思义,是世界时和国际原子时相协调的产物。以原子时为标准,一天就是86400秒,但实际上由于地球自转速度在缓慢下降,从1820年开始,世界时的一天如果用原子时来衡量,平均有86400.002秒。这千分之二秒的误差看似微不足道,但日积月累差异会越来越大。5亿年前,一天还只有22个小时。科学家估计,数千年后,世界时与原子时相差会达到12小时,那时我们会在午夜看到太阳。因此,当原子时与世界时的误差相差即将达到一秒时,就会引入闰秒进行调整。

闰秒:互联网的痛

你知道短短的一秒钟,互联网能产生多少信息吗?200+的Reddit投票、1000+的Instagram新照片、4000+的新推文、5000+的Tumblr新消息、10000+的Skype电话呼叫、20000+的Dropbox新文件上传、40000+的Google搜索次数、60000+的YouTube视频点击量、80000+的Facebook点赞……你可以来这个网站直观感受下。

这一切和整个互联网1秒钟产生的信息相比,还仅仅是九牛一毛。如此庞大的信息量,让计算机系统停顿1秒或增加1秒绝不是那么容易的。根据The Verge的报道,在2012年调整闰秒时,Reddit、Mozilla、Yelp、LinkedIn等多家网站就都遭遇了技术问题。而今年,The Verge再次提出这一问题,认为闰秒的调整对互联网是非常大的挑战。报道中还提到,2012的闰秒调整Google之所以没有中招,是因为提前做好了充分的准备,将这多出的1秒拆分成了1000毫秒,利用一天的时间逐渐“不知不觉”地加入系统当中。

信息化的人类社会已经离不开互联网,每一次闰秒调整都会给网络带来不小挑战,因此取消闰秒、直接使用原子时的呼声也一直不断——就算正午看月亮、子时见阳光又有什么不可以呢?反正我向来都只是低头看手机而已。

  • 发表于 2015-07-01 00:00
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