地球自转,时间变快,闰秒的祸

邹星 2023-07-01 09:24:34

难道你还嫌一天的时长不够吗?结果也许你说得对。比起五十年前,地球的旋转更快,所以我们能活得更久一些。虽然这种差别很小,但是对于物理工作者,电脑程序员,甚至是股票经纪人来说都是一个大问题。

为什么我们的太阳系在四十五亿年以前就已经形成了。那时候,一团密集的星辰尘埃和星辰气团在空中塌陷,然后转了起来。因为有了角动量,现在我们的星球仍然保持着这种旋转的初始状态,“旋转的天体会一直旋转,直至有一股力量将其强制停止。”来自英国国家物理学实验室的彼得·惠博利这样说道。因为角动量的存在,我们可以看到昼夜。然而,地球的旋转并非始终恒定。在数十万年以前,它可以绕着太阳旋转420次。我们可以从珊瑚礁的成熟期中发现,过去的一年中,有许多日子是超过今天的。虽然一年又一年过去了,由于月球吸引了大量的海平面,导致了日夜不停地转动,但人们还是发现,每24个小时,就会完成一次完整的自转。这意味着,当它围绕着太阳运行一次时,它可以运行365次。当科学工作者观察到了更精确的旋转,并且记录多次之后,他们发现,当我们完成一周旋转的时候,我们会发现,我们所花的时长是不稳定的。

1950年代,科学工作者们发明了一种基于铯原子从高能量的激发态回到基本状态的原子时钟。这个原子的活动是永久的,因此形成了一个时钟循环。所以,与常规的钟表相比,它不会受到外界环境的干扰,比如温度的改变。然而,几年以后,科学工作者终于找到了一个问题:完美的超稳原子钟和其它的生物钟相比,有一丝偏差。“时长一分一秒过去,天文工作者们根据地球、月亮和恒星的观测数据,计算出了其的时长。”美国国家标准技术研究院的物理工作者尤大·莱文说。从根本上说,这个原子时钟所能显示出来的年份,要略高于由地球移动所计算出来的年份。

莱文补充道:“为防止时长间隔太长,在一九七二年,科学工作者们就在上定时地加上一分一秒,”他说。由于地球以365.25天的速度围绕着它的太阳运行一周,所以闰秒的效果与每年的2月份相似。不过与二月二十九日的天气情况不同,二月二十九日的天气情况是四年一次的,而这个闰秒却是不可预知的。

全球旋转与参考框架是全球最大的卫星观测系统之一。他们将激光发射到人造卫星上,并与其它的科技方法相结合来测定。如果地球的旋转速度低于原子钟的同步速度,那么在六月三十一日和十二月三十一日两个小时的夜晚,全世界的科学工作者们就会联合起来,让原子钟停止一秒,这样就能让天文台的时钟跟上。所以我们得到了闰秒。科学工作者于一九七二年首次提出加闰秒,此后,它便成了一项数年才会发生一次的运算。这一点不能再有规律的增加了,由于地球的旋转是不平稳的,它在不断的加快和放慢,破坏了这个行星在过去的数百万年里缓慢下降的规律。

地球的旋转是非常复杂的。当其旋转时,地表的大气将会被大地的摩擦力以及山地所带动,与大地间的旋转力,生成大气的角动量,进而对地表造成了一定的影响。而且,其旋转也受到了海水和月亮的影响。莱文解释道,“在很久很久以前,你并不能精确地预知到将来会发生什么。”但是在最近的十几年里,其速度也放慢了下来,从2016开始,科学工作者就没有增加过这个数字。如今,这颗星球的旋转速度,比起五十年前,又加快了一大截,但科学工作者们并不清楚这是为什么。“我们并没有预料到,在某些情形下,会出现不用闰秒的现象。”莱文说:“实际上,我们最初假定,随着旋转速度的不断降低,我们必须不断增加每一分每一秒。所以,我们对这个结果感到非常惊讶。”

“闰秒”带来的灾难,将以“地球”的旋转速度和“上升速度”的时长为准。“人们担忧,随着地球的旋转速度越来越快,将会出现负闰秒。”换句话说,与其增加一秒以使地球与时长同步,倒不如减少一秒以使其与时长同步,”惠博利表示,“负闰秒时长对科学工作者们来说将是一个崭新的考验。“在此之前,我们从来没有遇到过这种情况,所以很多人都在思考,该怎么应对这种情况。”不管是传统的加闰秒或负闰秒,这样的微小变化都会对从通讯到航海系统的各个行业带来巨大的影响。由于电脑不能很好地应付闰秒带来的时长变化。

莱文表示:“网络最大的特点就是持续的时长,”若不能达到持续、稳定的资讯传递,网路社会就会瓦解。每一次的重复,每一次的跳跃,都会扰乱体系,使得原本稳固的信息流动,产生裂痕。对于金融业而言,闰秒也是个难题,每个交易都有自己的记录,若在23:59:59的时候出现同样的记录,那就麻烦了。有些公司已经提出了自己的闰秒处理方法,比如谷歌研发的“平移”软件。为了让地球跟得上,他们没让原子钟停下来一秒,相反,他们把时长拉得更长一些。“任何事情都会有一个答案,”莱文说道,“但是在这个世界上,还没有一个通用的关于‘时长’的定义。

但是,从整体上来说,我们谈论的这个时期实际上是很短暂的,它需要好几年的时长来进行一次短暂的调整。你曾经多次体验到闰秒,也许根本就没有意识到它的存在。我们把时长看作一种度量,用来测量周围的事物,比方说一日一日,生活就必须随着地球的旋转而变化,而不能像原子钟里的一个电子那样准确。莱文本人则觉得,闰秒也许并不会带来太大的困扰:“我的看法是,这种疗法要远胜于病症。”假如我们停止以闰秒为基准来调节,一百年后,我们会发现,地球的旋转和“真实”的原子钟,仅有一分钟的偏差。然而,他也认为,“时长”仅仅是人们为了使我们在这个浩瀚的世界里的经验具有某种意义而构造的一种观念。“更何况,正午十二点,正是日上三竿之时。因此,即使你不能很好地思考,它也与天文学上的时长相关联。

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