揭阳,十一月三十日入夜。天黑以后,东边偏南的低空升起来一颗亮星,我们的表记下它的时刻:20 点 50 分。
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过三十天,十二月三十日,这颗星再从东边升起来,表上写着 18 点 52 分。一个月,早了 1 小时 58 分。逐日看更清楚:十二月二十日 19 点 32 分,二十一日 19 点 28 分,一天早四分钟。
星没挪窝。挪的是「一天」这两个字的数法。
◆ 一天不是二十四小时整
钟表上的一天恒是二十四小时。可太阳不这么走。
地球自转一整圈,用的是 23 小时 56 分 4 秒,比二十四小时少了将近四分钟。这四分钟没有丢,它被另一场运动吃掉了:地球在自转的同时还沿着轨道往前跑,等它转满一圈,太阳已经不在原来的位置上。
所以「一天二十四小时」与「地球转一圈 23 小时 56 分」并不打架,它们数的本来就不是同一件事。
◆ 能当尺子的,得一遍遍重来
1967 年,第十三届国际计量大会把「秒」重新定义过一回:一秒,等于铯-133 原子基态两个超精细能级之间跃迁所辐射的 9 192 631 770 个周期。
为什么要挑一种原子的振动,去定一秒有多长?因为能拿来当尺子的,得是隔一段就重来一次的运动。哪一天不再重复,它就不能当尺子了。
所以时间不是被发现的某样东西,它是人给几场周期运动记下的读数。
◆ 两千多年前,中国人已经这么说了
「天地四方曰宇,往古来今曰宙。」这句出自《尸子》:「宇」是空间,「宙」是时间。
再走一步的是墨家。《墨子·经上》有一对句子:「久,弥异时也。」「宇,弥异所也。」把各种不同的时刻串起来叫「久」,把各种不同的处所串起来叫「宇」。两千多年前的人已经看明白了:离开时间,连「静止」都没法说。
(一处交代:《尸子》原书早已散失,今本是后人辑录;这一句见《世说新语·排调》注引。)
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◆ 三把尺子,全是运动
古老的那几个时间单位,没有一个是人「造」出来的,全都是「数」出来的。一日数的是地球自转一周,一月数的是月亮圆缺一轮,一年数的是地球绕太阳走一周。先有运动,才有单位。
可三把尺子有个共同的毛病:读出来都不是整数。一日是二十四小时,一月是 29.53 日上下,一年是 365.2422 日。历法从诞生那一天起要对付的,就是这几个零头。
◆ 换个参照,数就变了
要数一场运动,得先找一个「不动」的参照。参照不同,数出来的数就不一样。
对着太阳数,一天是二十四小时;对着恒星数,一天是 23 小时 56 分 4 秒。差的那 3 分 56 秒,就是揭阳那颗亮星一晚早到的四分钟。
为什么对着太阳数反而更长?地球转满一圈、回到原来的方位时,太阳已经在轨道上往前挪了大约一度;地球得多转这一点,太阳才重新回到头顶。
推到一整年,就出来一个看着别扭的数:一个回归年里,太阳日有 365.2422 个,恒星日却有 366.2422 个。多出来的那一圈不是算错了,是被「拿什么当参照」吃掉的。
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图 3 · 同一场自转、两把尺子:对恒星数转满 360°,对太阳数要多
◆ 那些零头,是在地上数出来的
日影回到原处、跟前一次重合,中间是 1461 天,正好四年。四除之,一年是 365.25 日。多出来的那一日,就是闰日。闰日为什么四年一次,答案在这儿,不在公式里。
还有一件抬头就能看见的事:同一颗星,每晚升起的时刻都比前一天早大约四分钟。一天四分钟不起眼,一个月就是两小时。揭阳的天狼星,十一月三十日 20 点 50 分升起,十二月三十日变成 18 点 52 分,一个月挪了 1 小时 58 分。
四季的星象会变,根子就在这 3 分 56 秒上。
◆ 运动自己在变,时间就跟着变
如果时间真是运动的读数,那还有更下面的一层:运动本身在变,时间就该跟着变。
地球的自转正在慢慢变慢,主因是潮汐摩擦。每过一百年,一天会长出将近两毫秒;放进地质时间里就很可观,恐龙时代的一天只有大约 23.5 小时。
于是有了闰秒:原子钟的秒长恒定,地球自转不恒定,走久了就会分开。1972 年起国际上约定一个办法:两者一旦差到一定份上,就给协调世界时添一秒,把差值摁回 0.9 秒以内。
这个办法用了半个世纪:半个世纪里共补 27 次,而且每一次都是加,没有一次是减。只朝一个方向走,这本身就是地球在慢的证据。2022 年,第 27 届国际计量大会通过决议:不晚于 2035 年,不再引入闰秒。
常见问题
问:一天到底二十四小时,还是 23 小时 56 分?
答:两个数都对,数法不同。对着太阳数是二十四小时,对着恒星数是 23 小时 56 分 4 秒,两者相差约 3 分 56 秒。
问:为什么对着太阳数反而更长?
答:地球一边自转一边绕太阳前进。转满一圈时,太阳已挪了大约一度,要多转这一点,太阳才回到头顶。
问:闰日为什么四年一次?
答:日影回到原处、跟前一次重合,中间是 1461 天,正好四年;1461 = 365×4 + 1,多出来的那一天就是闰日。
问:闰秒为什么要加?
答:原子钟的秒长恒定,地球自转在变慢。1972 年起,差值攒多了就给协调世界时补一秒,把差值摁在 0.9 秒以内。到今为止补过 27 次,全是加。
问:揭阳的天狼星,一个月挪多少?
答:十一月三十日 20 点 50 分升起,十二月三十日 18 点 52 分,一个月早了 1 小时 58 分;逐日是每天早约四分钟。
回到开头那颗星。它没有提前,是我们手里的表,和天上的转,本来就是两把尺子。
时间没有被谁产生过。地球自己转一圈是一天,月亮圆缺一轮是一月,地球绕太阳走一圈是一年——先有运动,后有刻度;运动是本来就有的,刻度是人添上去的。
邝楚嘉按:这个题目听着悬,落点其实很实。时间没有实体,它是几场周期运动给人的读数。读数这一层站住了,前面几篇里的零头就都有了来处:立春为什么只是一个时刻,正月为什么来回改过几回,节气为什么每年差几个钟头。
作者:嘉言一得(邝楚嘉)|独立天文历法爱好者,致力于可核验的原始文献与历法数据归档。
考据笔记 · 数据集 · 预印本:GitHub / WordPress / Zenodo(DOI: 10.5281/zenodo.22820072)
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