為什麼時間會多出1秒

圖為中國計量科學研究院研制的我國國家秒長銫原子噴泉基准鐘。我們平時使用的協調世界時和北京時間，目前已比原子時“慢”了35秒。本報記者 陳海波攝

根據國際地球自轉服務組織公告，格林尼治時間6月30日全世界的時間將多出一秒，即閏秒。地處東八時區的中國，將在北京時間7月1日早8時增加1秒，全國的鐘表將調慢一秒鐘。

為什麼時間會多出一秒？這多出的1秒有必要嗎？26日，記者走進了中國計量科學研究院，從事時間頻率研究的計量科學家們給出了解答。

這是第26次閏秒

中國計量院時間頻率所守時室主任張愛敏介紹，人類計時起初用的是天文時或天文秒，即借助天文觀測得到地球自轉的平均周期（日長），將其等分為86400份（即一天24小時，一小時60分，一分60秒）得到秒長。不過，由於地球自轉速率不穩定，時快時慢，天文時並不穩定。20世紀中葉，隨著量子理論的誕生和發展，科學家發現某些量子現象的時間穩定性遠遠優於天文現象，於是出現了利用量子現象測量時間的建議，即原子時或原子秒。

1967年，國際計量大會決定用原子秒取代天文秒。在1個天文秒裡，他們數出銫原子的133同位素“振動”了9192631770次，於是銫原子輻射9192631770周期定義為1原子秒。

原子時基於銫原子振蕩周期確定，因此相對恆定不變。天文時則取決於地球自轉的速率，會隨地球自轉速率的變化而變化。隨著時間的推移，科學家發現兩者逐漸出現了偏差。

“當這個偏差達到0.9秒時，國際地球自轉服務組織就會向全世界公布，在下一個6月或12月最后一天的最后一分鐘，把時間撥快或撥慢1秒，這就是‘閏秒’。”張愛敏解釋。

這個被“撥動”過的時間才是我們目前所使用的時間，國際上將其稱之為協調世界時。

“協調世界時是原子時和天文時之間的‘妥協’和‘折中’。”中國工程院院士、中國計量院研究員李天初說，1971年國際計量大會通過決議，將協調世界時作為全世界通用的標准時間。

1972年，協調世界時正式啟用，當年6月世界上實施了第一次閏秒。最近一次閏秒在2012年，期間共進行了25次閏秒調整，而且都是正閏秒（即加一秒），也就是說協調世界時一共增加了25秒。如果從1961年原子時開始計時算起，協調世界時比原子時一共慢了35秒。可見，地球自轉越來越慢了。

今年6月30日將是第26次閏秒，而且還是正閏秒。英國是零時區，將在6月30日最后1秒實施閏秒。由於我國採用的是東八時區的北京時間，所以將在7月1日7︰59︰59后面增加1秒，於是就有了7︰59︰60的特殊現象。

閏秒可能被取消

設立閏秒的初衷是為了保持原子時和天文時的一致。但隨著閏秒的實施，科學界開始反思：為什麼一定要保持這種一致？取消閏秒的呼聲逐漸高漲。

“過去十多年來，很多人都在宣傳閏秒帶來的正面影響，閏秒的副作用卻被忽視了。”李天初說。

由於地球自轉速率的變化不可預測，使得閏秒沒有規律，隻能依靠人工干預。但人工調時間不是更改一個數字或轉動手表旋鈕而已，需要進行一系列精細操作，不僅耗費人力物力，而且存在誤操作的風險。

更重要的是，閏秒在眾多領域，尤其是許多新近發展的現代科學技術中逐漸顯現出負面作用。“比如全球衛星導航系統的時標如果引入閏秒，勢必中斷定位、導航、授時的連續性。”李天初說。

如果取消閏秒，在原子時和天文時之間“折中”的協調世界時將回歸原子時，與以GPS、北斗為代表的原本就不閏秒的高准確時間頻率應用相一致，促成全世界使用一個統一的時標體系。

那如果取消閏秒，會有什麼不利之處？

“不會給人們的日常生活帶來影響。”他解釋，在人們的日常生活中，如果使用的時間和日出日落相差幾分鐘，甚至兩小時（就像烏魯木齊時間），幾乎不會帶來顯著不便。

日常生活不會有影響，那科學研究呢？國外研究人員曾在物理學、天文學等科學界做過調研，很多科學家第一反應都是反對取消閏秒，但沒人能舉証取消閏秒會有害的實例。“是否取消閏秒已不僅僅是一個單純的科學問題。”李天初表示。

新世紀以來，許多國家開始研究取消閏秒的可行性。2007年，國際計量組織以多數票通過了取消閏秒的建議，質檢總局代表中國支持取消閏秒。2015年11月，國際電信聯盟舉辦的世界無線電大會將就取消閏秒進行表決。

秒定義也將修改

盡管呼吁取消閏秒的呼聲很高，但這並不意味著各國放棄對時間准確性的追求。事實上，對時間准確性和穩定性的追求是各國矢志不渝的努力。

李天初介紹，目前全世界最好的銫噴泉基准鐘的准確度已達到6000萬到8000萬年不差一秒。作為我國的國家秒長基准裝置，中國計量院研制的NIM5銫噴泉鐘基准鐘准確度已達到2000萬年不差一秒，正在研制的NIM6將達到6000萬年不差一秒。

科學家還正在計劃修改秒定義。“現行的秒定義在微波頻段，而光學頻率比微波高10000倍，工作在光學頻率的光鐘比微波銫噴泉鐘有更好的穩定度和准確度潛力。”李天初說，更穩定更准確的時間在一些物理定律的驗証、深空探測、自主導航飛行等方面，將發揮重要作用。

目前，主要發達國家正在研制各種基於不同原理的光鐘，准備在2019年討論修改秒定義。中國計量院從2005年開始研制鍶原子光晶格鐘，並已獲得第一組實驗數據，在今年9月召開的國際時間頻率咨詢委員會上將展示中國光鐘研究的進展。（記者 陳海波）