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探索时间奥秘:时间的脚步如何计算?

来源:网络转载 2012-10-12 10:31:54 编辑: admin 查看:

 一千五百多年前,古希腊的西罗马主教奥古斯丁说:“什么是时间?如果有人问我,我知道;如果要求我解释,我就不知道。”

  时间,一种看似十分简单的事物,人人都能理解。然而,它又是那么的复杂和神秘,甚至直到今天也很难说被人认清了本质,物理学家和哲学家们仍为它头疼不已。

  而仅仅是计时问题,人类也走过了几千年并不平坦的道路。

古观象台里的圭表

“日”是最自然的原始时间单位

  《尚书·尧典》有记载,羲和专管“历象日月星辰,敬授人时”,是个负责观象授时的官员。他大约生活在公元前二十二世纪。直到今天,我们仍把确定、保持并提供时间的工作称为授时。

  人类最早认识的时间单位不是年,也不是月,而是日。太阳东升西落,周而复始,给人以最直观最深刻的印象,也是时间最自然的原始单位。

  在现代社会中,时、分、秒是调节人们日常活动的重要工具,它们都是从自然的时间单位——“日”,经过人为划分得到的。

  古埃及人最初把白天划分为十小时,日出前和日落后的黎明黄昏各计一小时,夜间计为十二小时,总共得到二十四小时。夜间的每个小时各用一个星辰的出没来表示,白天的十小时则按太阳在天空中的位置来划分。

  由这种方法建立的二十四小时系统,与我们现代应用的二十四小时制有很大不同。前者的小时是不等长的,它随节令而变化,而且除春分和秋分外,白天的一小时和夜晚的一小时也不相等,夏季白天的一小时要比冬季白天的一小时长得多,夜间和晨昏每小时长度的变化则更为复杂。而古埃及人对此却有一个十分有趣的解释,他们说,太阳神在冬季里骑着马在天空行走,而夏季里骑的是猪。马比猪跑得快,所以夏季里白天的时间长,冬季里白天的时间短。

  我国古代很早就把一天分为十时。后来,在我国又有百刻制和十二时辰之分。所谓百刻制,就是把一天划分为一百个等分。而十二时辰则是把一天划分为子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥十二个小段,每小段又划分为初、正两部分,如子初、子正等。

  一天包含十二个时辰,又是一百刻,两者之间就有一个除不尽的关系。为了把时辰与刻协调起来,历史上曾有多次改动,直到清朝初年改为九十六刻制,这样一个时辰就有八刻。

  “立杆测影”划分一日

  早在一天分为十二个时辰之前,人们就已经用太阳在天空中的视位置来表示时间了。但是,由于太阳是一个光芒耀眼的天体,直接观察它是不很方便的。

  利用太阳照射地面物体留下的影子来测量白天的时间,可以追溯到十分遥远的年代。最初,人们用的是地面的自然物体,例如树木、房屋、土堆等的影子。直到现在,农村里有些老太太,还常常根据门口射进来的阳光的角度,决定生火做饭的时间。

  把一根有固定长度的杆子,立在开阔平坦的地方,用它的影子来测量时间,这就叫“立杆测影”。

  大约在公元前十五世纪,古埃及人在卡纳克建造了一座二十九米高塔。高塔在太阳神殿前的影子,可以给到这里来参拜的人们指示出正午的时间。

  到公元前八世纪,古埃及人改进了立杆测影的方法,创造了人类历史上最早的“日影钟”。这种日影钟,是把一根横杆安在一根纵杆上。纵杆上刻有指示小时的刻度;横杆影子投在纵杆的不同刻度上,可以指示出一天中不同的时辰。

  立杆测影在我国也有悠久的历史。我国古代称直立的杆子为“表”,测量表影的尺子平放在地面,叫做“圭”或“晷”,合起来称做“圭表”。根据史料,我国的日晷在殷周时代就已有了,至今至少已有三四千年的历史。

  日晷计时的原理是这样:在一天中,被太阳照射到的物体投下的影子在不断地改变着,第一是影子的长短在改变,早晨的影子最长,随着时间的推移,影子逐渐变短,一过中午它又重新变长;第二是影子的方向在改变,因为我们在北半球,早晨的影子在西方,中午的影子在北方,傍晚的影子在东方。从原理上来说,根据影子的长度或方向都可以计时,但根据影子的方向来计时更方便一些。故通常都是以影子的方位计时。

  我国日晷主要有“地平式”和“赤道式”两种。地平式日晷底盘上的均匀刻度不能精确反映一天中的时刻,因为太阳周日视运动轨道与赤道面平行,同地平面有一交角,在赤道两边,早晨和傍晚日影移动较快,中午移动较慢。为了克服这一缺陷,人们把底盘放在观测者的赤道平面里,标杆方向与地轴平行,做成了赤道式日晷。赤道式日晷底盘的均匀刻度能够代表一天中的精确时刻。如果你到北京故宫博物院参观,就会看到太和殿前面汉白玉底座上立着一个日晷,它就是赤道式日晷。
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