|||
在物理学中,时间长度的基本单位是“秒”。
“秒”的英语单词是“second”,所以“秒”单位的符号是“s”。
“1秒”的时间长度是怎样确定的呢?
像平常那样的简单回答“由准确的时钟确定”肯定不行,因为这马上就有一个问题,我们如何知道一个时钟是不是准确呢?
在1955年以前,科学家一直是以“1天”(1昼夜)为基准,
把1天的1/24规定为“1小时”,把1小时的1/60规定为“1分”,把1分的1/60规定为“1秒”。
至于1天的长度,则可以通过测量“太阳接连两次南中天(高度最高)时刻的间隔”来加以测定。可是,由于大气流动和海流所受到的阻力以及月球引力(潮汐力)等因素的影响,地球自转的速度正在逐渐变慢。例如,5亿年前的1天其实只有现在的大约21小时。
由此可见,把地球的自转当作时间基准并不合适。
不过,要准确地测量时间,就非得利用像地球自转这样的“重复发生的现象”不可。
例如人类在很长一个时期所使用那种“摆锤时钟”(或“振子时钟”),
利用的就是摆锤会按照确定的时间间隔重复作左右摆动的现象。
现在用得最普遍的那种“石英时钟”(或“石英表”),则利用的是“晶体振子”(“石英”又叫做“水晶”)在加上电压后会按照确定的时间间隔不停地进行振动的现象。这些时钟的秒针在每过一定数量的“重复时间间隔”之后便移动一格,以这种方式来记录时间。
如今的时间单位是把“光”当作基准
现在的1秒定义采用的是“某种特定的光”的振动周期的91.92631770亿倍。
光的振动周期可以非常准确地测出,所以这个定义是非常精确的(振动周期的倍数没有取简单整数,是为了与以前1秒的定义保持一致)。
这就是说,时间的单位旋转是把“光”当作基准确定的。
这样的定义其实已经暗示了光对于我们理解时空起着关键的作用。
小结
1. 以前的1秒定义利用的是太阳在天空的运行
太阳运行从升起到正南方(南中天),看到它处在最高位置的一瞬间。
连接两次南中天的间隔为1天。
2. 摆锤时钟
摆锤左右摆动一次的时间间隔(周期)取决于摆锤的长度,摆锤左右摆动一次的时间间隔不变
3. 石英表
晶体振子,利用水晶制成的一种特殊器件,形状像音叉。
加上电压后,晶体振子按照形状所决定的确定时间间隔振动。
4. 现在的1秒定义利用的是光的振动周期
“铯原子(133Cs)所吸收和发出的特定光的振动周期的91.92631770亿倍”为1秒,
也就是说,在1秒时间内通过某个地点的波峰的数目为91.92631770亿个。
波的振动:当波沿着某一个方向行进时,如果盯住波的某一点,可以发现该点在作上下振动。
波的振动周期(简称“周期”)就是各点上下振动往复一次(1个周期)所花的时间。
例如水面波的振动周期,可以通过测量浮在水面上的一只球上下往复一次所花的时间加以确定。
扩展阅读:
时间和空间(1) —— 什么是时间? 什么是空间?Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )
GMT+8, 2024-4-27 07:55
Powered by ScienceNet.cn
Copyright © 2007- 中国科学报社