盧敬叁

當(dāng)每個(gè)新年的鐘聲敲響的時(shí)刻，我們就會(huì)知道這是北京時(shí)間向中國(guó)人宣告，新的一年開始了。對(duì)于我們普通人來(lái)說(shuō)，時(shí)間的流逝似乎是一種司空見慣的東西。而對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)，如何定義時(shí)間其實(shí)是件很復(fù)雜的事。20世紀(jì)70年代，國(guó)際協(xié)議確定了“世界時(shí)”和“原子時(shí)”兩種時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)。由于兩種計(jì)量時(shí)間的方法不同，造成時(shí)間計(jì)量的誤差，并且?guī)?lái)了不少麻煩。因此，研究時(shí)間的科學(xué)家呼吁取消時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)的“雙軌制”，建議以原子時(shí)作為單一計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)。世界時(shí)是基于格林尼治時(shí)間為基礎(chǔ)的，取消“格林尼治時(shí)間”會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果呢，這是人們比較關(guān)心的話題，能否取消“格林尼治時(shí)間”，世界人們都在拭目以待。

一、格林尼治時(shí)間和我們的生活緊密相關(guān)

1884年，格林尼治時(shí)間就成為世界唯一的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，至今已有128年的歷史，由于格林尼治時(shí)間是根據(jù)地球自轉(zhuǎn)誕生的，受地球自轉(zhuǎn)速度快慢的影響，使格林尼治時(shí)間和原子時(shí)相比較就產(chǎn)生了誤差，因此，2011年下半年的國(guó)際電信聯(lián)盟會(huì)議上研究建議取消以格林尼治時(shí)間作為標(biāo)準(zhǔn)的閏秒措施。原因是地球自轉(zhuǎn)快慢影響時(shí)間的準(zhǔn)確度，而且平均每年要閏秒，滿足不了現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，比如衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)，目前美國(guó)、俄羅斯、歐洲和中國(guó)都建立了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，因此國(guó)際時(shí)間研究專家提出用原子振蕩周期為依據(jù)的“原子時(shí)”作為單一計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，取消閏秒，這對(duì)格林尼治時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)有了很大影響。是否取消格林尼治時(shí)間，目前，國(guó)際電信聯(lián)盟下屬的國(guó)際無(wú)線電咨詢委員會(huì)則起到關(guān)鍵的作用。與時(shí)間有關(guān)的組織包括國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)（IAU），國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU），國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)（IERS）等，就時(shí)間問(wèn)題，各有關(guān)國(guó)際組織保持合作。國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）2012年無(wú)線電通信全會(huì)（PA）于1月16日至20日在瑞士日內(nèi)瓦舉行，閏秒是與會(huì)各方討論的核心問(wèn)題。最終結(jié)果是，無(wú)線電通信全會(huì)沒(méi)有通過(guò)美、法等國(guó)取消閏秒的提案。這意味著現(xiàn)行的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間“協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）”將繼續(xù)使用，用于彌補(bǔ)世界時(shí)（UT）和原子時(shí)（AT）偏差的“閏秒”也將繼續(xù)存在。國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）已經(jīng)決定，將推遲是否完全廢除閏秒的提議決定時(shí)間，先讓國(guó)際科學(xué)界去爭(zhēng)論上三年。

格林尼治時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)是以地球運(yùn)轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的，稱為“世界時(shí)”。“世界時(shí)”與人的感知白天黑夜相一致，而“原子時(shí)”是完全以科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)，與人的感知不是完全一致。自人類啟用“原子時(shí)”以來(lái)，兩種時(shí)間的偏差也不斷加大。從1958年算起至今，“世界時(shí)”已經(jīng)比原子時(shí)慢了34s。如果完全采用“原子時(shí)”作為時(shí)間計(jì)量的基準(zhǔn)，由于地球自轉(zhuǎn)長(zhǎng)期減慢，日積月累，將會(huì)出現(xiàn)“原子時(shí)”的時(shí)間與晝夜變化不同步的問(wèn)題。比如七八千年后，原子時(shí)顯示的時(shí)間可能是白天中午12點(diǎn)，可實(shí)際已是日落的黑夜了。這對(duì)我們?nèi)祟惿钣泻艽笥绊憽?/p>

為了避免上述情況的出現(xiàn)，目前，我們采用的是世界協(xié)調(diào)時(shí)，是格林尼治時(shí)間和原子時(shí)綜合的產(chǎn)物。世界協(xié)調(diào)時(shí)是以國(guó)際原子時(shí)的秒長(zhǎng)為時(shí)間單位量度時(shí)間間隔，用時(shí)刻調(diào)整，也就是從1972年起，規(guī)定時(shí)刻差不超過(guò)0.9s，一旦超過(guò)這個(gè)限制就通過(guò)閏秒，或增或減一秒來(lái)達(dá)到和世界時(shí)一致。

二、法國(guó)人為格林尼治時(shí)間的產(chǎn)生作出的貢獻(xiàn)

1492年，西方航海強(qiáng)國(guó)出現(xiàn)航海熱。那時(shí)，人們只能根據(jù)太陽(yáng)高度測(cè)出緯度，卻不能定位經(jīng)度，這就給航海造成很大風(fēng)險(xiǎn)，所以有大批船只迷失方向，造成觸礁、沉船等事故，西班牙是當(dāng)時(shí)航海大國(guó)，損失也是最慘重的。

為了解決這一難題，德國(guó)天文學(xué)家約翰尼斯·沃納于1514年提出了“月距法”——就是根據(jù)月亮的運(yùn)動(dòng)的軌跡和它掠過(guò)某顆星的相對(duì)位置確定經(jīng)度。1530年，荷蘭科學(xué)家伽瑪·弗里西斯提出“鐘表法”，也就是制造出準(zhǔn)確的鐘表，按出發(fā)地時(shí)間走，到達(dá)新地點(diǎn)后再利用太陽(yáng)測(cè)算當(dāng)?shù)貢r(shí)間，用時(shí)間差確定經(jīng)度?？上У氖?，這兩種設(shè)想分別因基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)落后和鐘表制作工藝差而難以實(shí)現(xiàn)。1610年，意大利天文學(xué)家伽利略提出根據(jù)木星衛(wèi)星的轉(zhuǎn)速和軌道定位經(jīng)度，但他的想法沒(méi)被重視。

很多人意識(shí)到，面對(duì)極為復(fù)雜的經(jīng)度問(wèn)題，單靠個(gè)人奮斗難以成動(dòng)。1666年，野心勃勃的法國(guó)國(guó)王路易十四宣布成立皇家科學(xué)院，以重金招募大批歐洲頂尖科學(xué)家，并在巴黎近郊建造天文臺(tái)。這些科學(xué)家的重點(diǎn)課題之一就是測(cè)量經(jīng)度，如果成功，路易十四準(zhǔn)備把巴黎天文臺(tái)所在地定為世界本初子午線。

在觀察月球運(yùn)動(dòng)軌跡3年無(wú)果后，法國(guó)皇家科學(xué)院的科學(xué)家們決定嘗試伽利略提出的木星衛(wèi)星定位法。此時(shí)，恰巧意大利人卡西尼于1668年出版了一本精確的木星衛(wèi)星表，于是法國(guó)人邀請(qǐng)他擔(dān)任天文臺(tái)長(zhǎng)，并在他主持下測(cè)繪出一份經(jīng)度準(zhǔn)確的新版歐洲地圖，初步繪制了一張全新的世界地圖。

三、英國(guó)在大海難中催生格林尼治時(shí)間誕生

伽利略的木星衛(wèi)星法用在陸地上沒(méi)問(wèn)題，但在驚濤駭浪的大海上卻無(wú)法平穩(wěn)觀測(cè)和計(jì)算，船長(zhǎng)和船員們也不可能都是天文學(xué)家，所以有人堅(jiān)持認(rèn)為“月距法”更為實(shí)用，并將這一想法推薦到英國(guó)國(guó)王查理二世那里。英國(guó)當(dāng)時(shí)是海上強(qiáng)國(guó)，查理二世作為強(qiáng)國(guó)之主當(dāng)然明白其中的利害，立即召集英國(guó)頂尖科學(xué)家討論。1675年，查理二世撥款500英鎊，在倫敦郊外的格林尼治村建成一座天文臺(tái)，天文學(xué)家弗拉姆斯蒂德被任命為首臺(tái)長(zhǎng)，年薪100英鎊。弗拉姆斯蒂德工作極為認(rèn)真，但直到他1714年去世都沒(méi)有完成任務(wù)。又過(guò)了11年，在弗拉姆斯蒂德遺孀和助手的幫助下，他的《不列顛星表》得以出版。但光有星表還不夠，月亮的運(yùn)行軌跡還沒(méi)搞清。

在格林尼治天文臺(tái)探索經(jīng)度期間還發(fā)生了一件大事。1707年10月，英國(guó)海軍上將肖維爾爵士在地中海戰(zhàn)勝法國(guó)人，他率領(lǐng)乘勝而歸的艦隊(duì)途中遇到大霧、暴風(fēng)，航線偏離原來(lái)的路線。10月22日，在導(dǎo)航員所確定的安全航線上，包括旗艦在內(nèi)的4艘戰(zhàn)艦觸礁沉沒(méi)，約2000名水手葬身海底。事后發(fā)現(xiàn)觸礁地點(diǎn)距英格蘭西南端僅20英里。這一家門口的海難讓英國(guó)舉國(guó)震驚，在這之前，已有數(shù)百艘商船、戰(zhàn)艦因無(wú)法精確地確定船只位置而迷失方向，大批船員在海上患敗血癥而死。于是，很多艦隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)、商船船長(zhǎng)和商會(huì)代表集中向英國(guó)政府請(qǐng)?jiān)甘?，最終，1714年，英國(guó)國(guó)會(huì)邀請(qǐng)科學(xué)家牛頓做顧問(wèn)，成立了經(jīng)度委員會(huì)。英國(guó)政府還頒布法案，懸賞解決經(jīng)度問(wèn)題：將精度確定到半度范圍內(nèi)的，獎(jiǎng)勵(lì)2萬(wàn)英鎊；確定到2／3度范圍內(nèi)的，獎(jiǎng)勵(lì)1.5萬(wàn)英鎊；精度小些但可有效測(cè)定的獎(jiǎng)勵(lì)1萬(wàn)英鎊。懸賞法案出臺(tái)10年，經(jīng)度問(wèn)題依然懸案而未解，直到鐘表匠約翰·哈里森的出現(xiàn)。

四、鐘表匠擊敗科學(xué)家成為格林尼治時(shí)間的成功者

哈里森是鄉(xiāng)村木匠的兒子，無(wú)師自通地掌握了制造鐘表的技能。1730年，他來(lái)到格林尼治天文臺(tái)，把自己琢磨了4年的航海鐘設(shè)計(jì)方案推薦給天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)哈雷。得到哈雷的贊同后，哈里森用了5年的時(shí)間研制出第一臺(tái)航海鐘，很好地解決了誤差、船只晃動(dòng)、暴曬高溫等問(wèn)題。但哈里森不滿意，向委員會(huì)先后借款2500英鎊，又花了20多年時(shí)間，造出三臺(tái)航海鐘。最后一臺(tái)重1.45kg，經(jīng)過(guò)將近半年的海上航行后，總誤差還不到2min。哈里森這時(shí)認(rèn)為，榮譽(yù)和獎(jiǎng)金都該到來(lái)了。然而經(jīng)度委員會(huì)進(jìn)行仔細(xì)核算后表示：1萬(wàn)英鎊可以拿到，但要拿到2萬(wàn)英鎊還必須再進(jìn)行一次遠(yuǎn)航，并再造兩個(gè)航海鐘以示可以成功復(fù)制。原來(lái)，在1762年晚些時(shí)候，皇家天文官馬斯卡林經(jīng)過(guò)海上測(cè)試，首次證實(shí)了“月距法”的可行性，同樣接近成功，而且這種方法比航海鐘造價(jià)低得多。

在哈里森和經(jīng)度委員會(huì)僵持時(shí)，法國(guó)派代表團(tuán)來(lái)到倫敦，希望哈里森把航海鐘的機(jī)密高價(jià)出售，哈里森拒絕了。最后，哈里森同意把航海鐘的設(shè)計(jì)圖紙和說(shuō)明上交。同時(shí)，為了拿到另外的1萬(wàn)英鎊，74歲的哈里森再次拿起工具，耗費(fèi)3年時(shí)間造出一臺(tái)航海鐘，之后又花了兩年時(shí)間調(diào)試。這時(shí)，老邁的哈里森感到自己無(wú)法完成另一臺(tái)航海鐘了，無(wú)奈之下，他讓兒子給英國(guó)國(guó)王寫信傾訴。在國(guó)王的協(xié)調(diào)下，英國(guó)國(guó)會(huì)繞過(guò)經(jīng)度委員會(huì)，直接從國(guó)庫(kù)里劃撥了8750英鎊給哈里森。

雖然過(guò)程比較曲折，但由于哈里森窮盡一生的努力，以及他的競(jìng)爭(zhēng)者格林尼治天文臺(tái)科學(xué)家們的探索，人們已經(jīng)能戰(zhàn)勝經(jīng)度難題了。哈里森的航海鐘雖然昂貴，但使用簡(jiǎn)便；天文學(xué)家推崇的“月距法”計(jì)算麻煩，但是廉價(jià)，兩種方法交叉使用極大地促進(jìn)了航海事業(yè)的發(fā)展，英國(guó)也因此獲得了至高無(wú)上的榮譽(yù)。在國(guó)際本初子午線誕生之前，各國(guó)地圖都以自己的首都或天文臺(tái)為零經(jīng)度點(diǎn)，一些航海家還喜歡以某次航行的起點(diǎn)為零經(jīng)度點(diǎn)，但隨著英國(guó)海上力量的發(fā)展和格林尼治出版的《航海年鑒》廣為流傳，格林尼治子午線逐漸被大多數(shù)航海家所接受。1884年，在華盛頓舉行國(guó)際子午線會(huì)議后，格林尼治時(shí)間正式成為世界計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

五、取消格林尼治時(shí)間需要時(shí)間來(lái)檢驗(yàn)

目前，我們?nèi)澜缍加玫氖恰皡f(xié)調(diào)世界時(shí)”，是通過(guò)閏秒來(lái)實(shí)現(xiàn)的。從實(shí)用的角度考慮，民用方面還是使用“協(xié)調(diào)世界時(shí)”更為符合太陽(yáng)升落和晝夜交替的習(xí)慣，而在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，則使用“原子時(shí)”更為精確地計(jì)量時(shí)間，“原子時(shí)”是各國(guó)研究的對(duì)象，以追求更加準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，滿足科學(xué)發(fā)展的要求。美國(guó)物理學(xué)家研發(fā)出一個(gè)非常精確的原子鐘，即使運(yùn)行兩億多年都不會(huì)產(chǎn)生1s的偏差，是目前世界上原子鐘之首，這對(duì)空間飛行項(xiàng)目研究非常重要。美國(guó)海軍天文臺(tái)就擁有一個(gè)由80多臺(tái)原子鐘組成的龐大守時(shí)鐘組?！笆澜鐣r(shí)”和“原子時(shí)”面對(duì)的使用對(duì)象要求不同，取消“格林尼治時(shí)間”，使用“原子時(shí)”也是可行的，但要有一套解決“閏秒”的方案，以滿足地球人類的實(shí)際需要，讓新年的鐘聲更加準(zhǔn)確。