两万年的计时简史

几千年来，人类的计时方法越来越精确。日晷将一天划分为几小时。时钟将小时划分为四分之一和几分钟，最后将几分钟划分为几秒。随着钟表的发展，科学家对更精确的计时装置的需求也在不断增长。他们开发出不依赖于地球摇摆自转而是依赖于微观原子运动的装置。这一切的核心是对最小时间单位秒的不断认识。GPS 和手机等现代系统依赖于保持这个间隔的一致性，这使得定义和改进它变得至关重要。

在刚果民主共和国的塞姆利基山谷发现的一块刻有标记的骨头可能是人类最早尝试计算日子的记录。一万年后，在现在的苏格兰，人类挖出了月形坑来追踪月亮的周期。

人类用投射阴影的方尖碑和杆追踪太阳，将一天划分为更小的单位。近 2000 年后，埃及人将这种方法改进为最早的已知日晷。随后又出现了巴比伦、希腊、中国和中美洲的日晷。

通过将水从一个容器缓慢地倒入另一个容器，并根据标记的时间间隔测量液位，埃及人可以知道时间过去了多少——无需使用阳光。类似的方法依赖于沙子、焚香或刻痕蜡烛。

到了 13 世纪，春分点与儒略历相差 11 天。为了纠正这个错误，英国哲学家罗杰·培根使用托勒密细分地球仪上的长条作为时间单位。现在一秒相当于太阳日的 1/86,400。

已知的第一台机械钟表是由中国僧人义行和学者梁令赞发明的。当流水带动轮子转动时，杆和杠杆的联锁系统会每隔一刻钟敲一次鼓、每隔一小时敲一次钟来报时。

为了帮助天文学家追踪星体，埃及数学家托勒密将星空绘制到地球仪上。他将经度的每一个度数（总共 360 度）划分为 60 个部分，称为“分”，每个部分又划分为 60 个更小的部分：秒。

15 世纪的一位法国公爵可能拥有第一台用弹簧而非水或重物驱动齿轮的时钟。这种设计让手表变得像怀表一样紧凑，而且精确度更高。后来的版本每天只会差四分钟。

弹簧松开后，走时就会变得不准确，给伽利略等追求精确的天文学家带来了麻烦。因此，17 世纪的荷兰科学家克里斯蒂安·惠更斯制造了一个摆钟。它的 3 英尺长摆锤每天只误差一分钟。

重力会使钟摆变慢，但贝尔实验室的研究人员发现，通电石英晶体的振动更稳定。早期模型每年误差三分之一秒，可以进行精确测量，例如跟踪海上重力。

可见光让我们能够探测到比微波更快的振动，这使得光学时钟每 1.4 亿年误差只有一秒。这些时钟太脆弱，无法运行超过几天，最终可能导致重新定义秒。再一次。

原子钟让更精确的秒成为可能，尽管研究人员花了近 20 年时间才达成一致。最终，他们将秒与铯原子电子跃迁时释放的能量的精确频率相匹配。

原子的共振比石英更可靠。美国国家标准局利用微波追踪这些振荡，制造出一个精确到八个月一秒的计时器。当今最先进的铯钟每 3 亿年就会误差一秒。