时间为什么是24小时?
这个“规定”其实是人为规定的,是人类发明出来的一个“概念”而已,实际上并不是严格意义上的“24小时”。 人类规定一天的时间长度,其实来源于太阳的运动——地球绕太阳公转的一周期。
我们规定一天自凌晨一点至下一日凌晨一点为24个小时,其中分1440分钟,每一分钟代表86400秒。 而太阳的周年运动轨迹是一个椭圆,不是完全按直线运行的,以太阳为中心,地球上各点分别有昼夜长短变化和季节变换。 在春分秋分冬至夏至前后,白昼和黑夜等长,即12小时;在其余的冬夏两季,白昼和黑夜不等长,夏季白昼最长,冬季白昼最短。 以冬至为例,在北回归线及其以北的地区(包括我国大部分地区),白天大约比黑夜长15个小时。如果在冬至这一天,我们开始计算一昼夜的时间并规定为24个小时,那么这一天的最后一秒钟正好发生在黑夜最漫长的时候,而下一秒钟就刚好是白夜最长的时刻。如此计算下去,每一天的时间长度都在发生变化,到了夏至,一天的时间长达15个小时;而在冬至,时间只间隔了7个月又13天不到,却缩短了3个多小时。
所以用24小时计算一昼夜的时间,实际上只有春分秋分冬至夏至这五个节气的时间是准确的,其它三季都被“扭曲”了。 用天文仪器来测量,季节的变化确实需要15个小时左右,但这是理论值,实际中由于地球公转轨道并不是标准的圆,而且地球还自转,这种偏差就很小,可以忽略不计了。 所以相对于天文上真正的一天而言,现在采用的时间单位——“24小时”——只是约等于24小时。 但人们已经习惯了这种“约定俗成”的时间计量方法,并用它来精确记录地球公转和自转所产生的各种物理现象。 比如测量的地球磁极偏移、记录的地震波传播时间和海啸到达时间等等,这些都需要用现行的时间计量单位“24小时”来计算。
否则,按照“1天=12小时”或者“1天=昼夜各12小时”的方法来计算,就会带来很多的麻烦。 如果要讨论这个问题,就得回到时钟还没有被发明出来之前,那时候人们通过观察日影记时,随着地球的自转,同一块岩石上的影子在几分钟甚至更长的时间内都会有变化,如何准确地记录这个时间差呢?这就需要一个基准时间来作为标准。
当时古人采用的是“漏壶计时法”——往一个容器里注水,当水从底部流出的同时,容器里的浮标也会上下浮动,根据浮标的上升高度和水流出速度就可以计算出时间差。这种方法需要的工具非常简单,只要有两个密封的容器和一个基准时间就能操作。为了计时的方便,古人将一个容器里的水全部注入另一个空容器中,这时两个容器中的水位都是满的,当需要计时的时候可以打开一个容器的阀门让水流出,与此同时,另一个容器中的水也倒入其中,这样一直循环,通过水流入和流出的时间差就能够准确记时了。
后来的人们在使用这种装置的过程中,发现把一昼夜划分成了24个相等的时间段,用“24小时”作为时间计量单位非常方便,于是沿用至今。 其实我们的宇宙也是在一个巨大的时空隧道中运行,同样需要一个“惯性参考系”来定义时间,现在的理论认为,量子物理中描述的超对称模型可能是一个好的选择。