全球时间标尺为何大调整

第28届国际计量大会15日在法国凡尔赛通过一项决议:自2027年5月20日起实施连续协调世界时。新标准把协调世界时与世界时之间允许的最大差值放宽到3600秒,也就是一小时,以此保障协调世界时在未来数百年里持续稳定运行。这意味着,协调世界时将不再靠增减闰秒来纠偏,而是改为增减闰时。
一条看似只属于天文学家和计量学家的消息,其实和每一个现代人的数字生活都有关。要弄懂它,得先回答一个问题:一秒钟,究竟能掀起多大风浪。
一、我们生活的世界是如何计时的
当今世界常见的计时方式主要有两种。
一种是以地球自转周期为基准的世界时。它把地球自转一周的时间记为一天,听起来朴素,却在航海导航、天体测量和天文大地测量等领域发挥着不可替代的作用。
另一种是以原子内部电子能级跃迁发射的电磁振荡频率为基准的原子时。为了满足更高精度的需要,科学家引入了原子时,它通过原子钟来实现。原子钟利用的是原子内部电磁振荡的周期,这种振荡周期极其稳定,因此原子时具有极高的准确度和稳定度,能够提供极其精准的时间标准,被广泛应用于科学研究、导航系统、通信网络等领域。
二、闰秒:一场持续半个多世纪的悄悄补课
两套时间系统并不那么合拍。事实上,我们的时间在过去几十年里一直被悄悄延长,只是每次调整都太过短暂,普通人根本感觉不出来。这微小的调整,就是闰秒。
中国计量测试学会副理事长兼秘书长马爱文解释,国际上有很多原子钟,因为精度不同,产生的原子时也不完全相同。国际计量局把它们产生的时间进行加权平均,得到的时间就是国际协调时。世界上最精准的原子钟,大约3亿年不差1秒。但由于地球运行快慢不均匀,原子时和世界时就会出现不一致。为了让它们相吻合,国际上决定:当两者相差0.9秒时,就把时间调整一次,这就是闰秒。
三、一秒钟的麻烦:闰秒为何成了基础设施风险
别看只是区区一秒的微调,实践起来并不简单,甚至可能给全球多个领域带来风险。
总台央视记者帅俊全介绍,在原子钟投入使用的半个多世纪里,人类一共插入了27次闰秒,不断微调时钟,让世界时间适应地球的自转。
问题在于,由于地球运行的不规则性,闰秒是不可预测的,每一次迁就的成本都非常高。人类现代社会建立在精准而稳定的时间系统之上,别看只多出来一秒,如果程序没有提前做好适配,就有可能扰乱金融交易、电力通信、互联网以及卫星导航等所有依赖连续稳定时间的数字系统。闰秒来临,全球海量计算机系统都要专门修改代码、反复测试、安排运维值守,来应对这突如其来的一秒。稍有不慎,就会引发系统崩溃。
换句话说,闰秒看似只是天文和计量学问题,实际上已经成为现代文明的一项基础设施风险。现实中也确实出过问题:2012年的闰秒导致全球2000多个网络出现中断,2015年的闰秒让美国洲际交易所停牌了60多分钟。
四、负闰秒:一道人类从未演练过的题
从闰秒规则制定至今半个多世纪,27次闰秒调时全都是正向加上一秒,人类还从来没有迎接过让时间倒退一秒的挑战。不过科学家预判,未来有可能迎来负闰秒。
为什么会这样?帅俊全解释,长期来看,受月球引力拖拽,地球自转的整体趋势是持续变慢,一天会越来越长,所以过去几十年我们一直都是增加一秒,也就是正闰秒。但观测发现,2015年之后地球自转出现短期加速,一天的时长会比原子钟的24小时更短。如果这个趋势持续下去,人类就不得不执行史无前例的负闰秒:全球的时钟不是加一秒,而是直接删掉一秒。
麻烦在于,所有现存的系统和代码只经历过增加闰秒,从来没有大规模实战过负闰秒。一旦触发,风险完全不可预估。
五、闰时:把补丁从一秒换成一小时
于是,有科学家提出了备选方案:把闰秒改成闰时。也就是说,不再频繁地给时间打补丁,而是等原子时和地球自转时间相差到一小时左右,再给全球时钟一次性加入一小时。
专家解释,这个改动的好处显而易见。27次闰秒中曾经出现过不少问题,而改为闰时制度后,原子时与世界时相差一小时再调整,可能是几百年甚至几千年以后的事情了。在这个漫长的过程中,由于地球自转的不均匀性,正闰秒和负闰秒会交替出现、相互抵消。从历史角度看,反而会减少很多问题。
六、谁会被影响,普通人要担心吗
马爱文表示,真正受影响的其实是用日晷来测时间的一些行业或者领域,比如天文观测。但取消闰秒对这些领域的影响也不大,它们可以通过调整日晷和天文时间来确定工作时间。而对于互联网、云计算、金融交易等行业,取消闰秒能够减少大量的运维和测试成本。总体来说,利还是远远大于弊的。
至于普通人,更是没有什么影响,也不会感到什么变化。因为我们每天都通过时钟也就是原子时来确定时间,很少有人会通过太阳的位置来判断时间。
从一秒到一小时,看似只是计量规则的微调,背后其实是人类对精准与稳定之间平衡的一次重新校准。当地球这台古老钟摆越走越不规则,我们选择不再逐秒迁就它,而是给现代文明的时间基石留出几百年的从容。

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