我们每个人都会随着时间而成长,时间是我们一生中永远无法摆脱的物理量。我们从小就知道钟表。所有的钟表都被分成60个隔间。秒针的一格是一秒,一转的一分钟是一分钟,也就是说,一分钟=60秒。

以下是小学数学单元转换练习。一分钟是多少秒?如果孩子填写60秒,老师肯定会给出正确答案。

在时间科学中,根据当前的国际标准时间,在大多数情况下,正确答案应该是1分钟=60秒,而在闰秒的情况下,正确答案应该是1分钟≠60秒。让我们解释一下原因。

天文时间

古代人类生活主要是“日出和日落”,而日出和日落是由地球自转引起的。因此,地球自转的天体现象自然成为计时的基础。我们知道地球每天旋转一次,所以天空中的天体每天升降一次。如果我们把地球看作一个大表盘,天空中的天体就像时钟上的数字。天文学家已经很好地测量了天体的位置,也就是说,在这个自然的钟面上的时钟点的数量是准确知道的。天文学家的望远镜就像表盘上的指针。当望远镜瞄准相应的天体时,天文学家可以知道正确的时间。这里的天体可以是太阳或其他恒星。

自17世纪以来,天文学家就把地球的自转作为计时的基础:一天的1/86400被设定为1秒。由于季节变化、不规则变化和地球自转的长期减速,这个天文时间每天只能精确到1×10-9秒。

原子时间

社会的进步和科学技术的飞速发展使得人们对时间精度的要求越来越高。随着量子力学的发展,皇家物理实验室在1955年建立了第一个基于原子能的能级间跃迁的铯原子钟。当原子钟首次出现时,它的性能不如天文时间精确,但几年后,它的精度超过了天文时间。因此,科学家们开始研究如何使用原子钟来守时。迄今为止,“原子时间”已有60多年的历史。1967年,第13届国际重量会议(CGPM)正式决定使用9192631770铯原子133同位素两个超精细水平之间的跃迁作为基于原始天文秒时间长度的“秒长度”的新定义。目前,原子时的测量精度大大超过了天文时,满足了许多现代科学的发展需要。

英国国家实验室的帕里和埃森正在操作铯原子钟。英国国家实验室的帕里和埃森正在操作铯原子钟

闰秒

天文时间和原子时间的同时出现使得决定使用哪个时间成为一个现实而必要的问题。天文时间是以地球自转为基础的。它非常适合我们的实际生活和许多与地球自转相关的科学领域。原子时间是基于原子跃迁的。提供物理时频信号比提供天文时间更准确、更容易。两者各有利弊。因此,从1972年开始,当前的国际标准时间“协调世界时”(UTC)基于两者的特征而正式推出。这个国际标准时间是天文时间和原子时间“协调”的结果。国际电联无线电频率工作组第460号提案规定,“协调世界时”由国际计量局(BIPM)在国际地球自转服务组织(IERS)的协助和指导下维持。具体过程如下:BIPM负责计算国际原子时,而IERS负责测量和计算世界时。当原子时间和天文时间相差约0.9秒时,IERS将在6月30日或12月31日向公众提前6个月公布原子时间。这也被称为“闰秒”,由BIPM自己和它的组织——全球计时实验室执行。从理论上讲,闰秒既有积极的一面,也有消极的一面,但是现在地球转得不是越来越快,而是越来越慢。因此,自从实现闰秒以来,一分钟总是变成61秒,而不是闰秒的59秒。到2016年12月,国际原子能时间已经与协调世界时累计了37秒的差距。

中国实现“闰秒”

世界被分成24个时区,而我国的北京时间属于第八东区。因此,北京时间比国际标准时间快8小时。中国科学院国家授时中心负责我国的授时工作,全球闰秒在格林威治时间0: 00同步调整。因此,中国的闰秒是由中国科学院国家时间服务中心在北京时间上午7: 59的最后一秒完成的。当中国科学院国家授时中心插入闰秒时,我国各行各业的时间调整了一秒。

中国科学院国家授时中心时间频率参考实验室调整闰秒

因此,根据目前的国际标准时间,在大多数情况下1分钟=60秒,而在闰秒的情况下,1分钟≠60秒