秒是怎么来的?人类什么时候开始用秒计时的？

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非常感谢我的小伙伴“科学探索菌”的信任和邀请。

秒是随着人类科技的进步不断发展而来。为了说明这个问题。让我们一起追忆人类计时发展的历史同时回忆秒的使用及其定义。

公元前8000年：埃及文明制订了12个月每月均为30天的日历。

公元前3000年：两河流域的苏美尔人把一年分为12个月。每月30天。每天分为360个周期。每个周期为4分钟。

公元前2000年：巴比伦人使用每年354天的月历。每月29天和30天相轮。与此同时。玛亚人创立了一年260天和365天的日历。

公元前1500年：埃及发明第一个移动日晷。将一天分为12个周期。接着又发明一种叫漏刻的计时器。

公元前700年：巴比伦人把一天分为相等的12个部分。

公元前100年：雅典出现以一天24小时为基础的机械漏刻。

公元200年：西方开始引入星期概念。

公元400年：中国发展了机械漏刻。

公元1100年：日晷在欧洲得到发展。

公元1500年：意大利教堂响起了机械钟声。

公元1510年：德国纽伦堡出现带发条的怀表。

公元1583年：格里历在罗马、西班牙、葡萄牙、法国和荷兰部分地区生效。

公元1656年：荷兰一位天文学家发明自摆钟。

公元1660年：伦敦皇家学会提出作利用单摆来确定秒。摆长近一米的单摆。一次摆动的时间长度大约是一秒。秒摆的摆长定为长度的单位。

公元1700年：时钟上除时针外又加上了分针。

公元1800年：计时精确度到1／100秒。

公元1840年：建立格林威治标准时间。

公元1850年：计时精确到1／1000秒。

公元1884年：华盛顿会议制订全球时区表。将一个平太阳日的1/86400作为一秒。称作世界时秒。

公元1928年：发明石英钟。

公元1949年：发明第一台原子钟。

公元1950年：计时精确到微秒。

公元1960年以前：CIPM（国际计量大会）以地球自转为基础。定义以平均太阳日之86400分之一作为秒定义。即1 Second = 1/86400 Mean Solar day其稳定度在10-8左右。

公元1960年：国际计量大会决定采用以地球公转的运动为基础的历书时秒作为时间单位。即将1900年初附近。太阳的几何平黄经为279°41'48\".04的瞬间作为1900年1月O日12时整。从该时刻起算的回归年的1/31556925.9747作为一秒。按此定义复现秒的准确度提高到十亿分之一秒。

公元1960~1967年：CIPM改以地球公转为基础。定义西元1900年为平均太阳年。秒定义更改为：一秒为平均太阳年之31556925.9747分之一。1 Sec = 1/31556925.9747 Solar Year at 1900稳定度约为10-9。

公元1967年：CIPM（国际计量大会）依据铯原子的振动而对秒做出了重新定义。即将铯-133原子基态的两个超精细结构能级之间跃迁相对应辐射周期的9192631770倍所持续的时间定义为一秒 。按此定义复现秒的准确度已优于十万亿分之一秒。

公元1970年：计时精确到微微秒。

公元1972年：建立全球协调时间时。

公元1990年：精确到毫微微秒。

公元1998年：建立超冷铯原子钟。比微微秒又要精确10万倍。

公元2008年：诞生的锶（Strontium87）原子钟。固有频率为429 228 004 229 873。约合430万亿赫兹。更是将精度提高到了10的17次方。

公元2013年：据Oates和Ludlow在《科学》杂志上发表的报告。用镱元素（ytterbium）制成的原子钟问世。镱原子钟的固有频率约合518万亿赫兹。比锶原子钟的430万亿赫兹更高。精度也更是高达10的18次方。

希望上面的介绍能帮助各位小伙伴对秒的定义有一个比较清晰的理解。欢迎各位小伙伴关注老郭账号。一起好好学习、一起天天向上。

其他观点：

秒是国际单位制中的基本时间单位。在人类历史上它曾被定义为一天的1/86400——这个划分方式源自将一天分为24小时。每小时60分钟。每分钟60秒的人为设定。因此机械钟表通常在表盘上有六十个刻度线。代表秒和分的刻度。“秒针”用来指示最小的时间流失量。

上图：世界上最古老的表。可能作于1505年。

但这样定义的秒有一个问题：因为地球的自转周期并不是固定不变的。如果以地球自转为标准来定义“秒”。那么就会出现“秒”的实际时间长短不一的问题。导致例如历史上的一秒跟今天的一秒并不是相同的时间长度这样荒谬的问题。于是更为科学但复杂难懂的“秒”的定义诞生了……

“秒”的精确定义很烧脑

虽然历史上关于“秒”的定义是基于地球自转周期划分的。但国际单位制中对“秒”的正式定义则是利用了一个更稳定的计时器。一秒钟被定义为：“9,192,631,770个铯-133原子在其基态的两个超精细能级之间跃迁而产生的的辐射的周期“（在0K的温度下）。[头条·小宇堂-未经许可严禁转载]

在原子物理学中。超精细结构是指由于原子核状态和电子云状态之间的相互作用。原子、分子和离子能级中产生的小位移和分裂。在原子中。超精细结构归因于核磁偶极矩的能量与电子产生的磁场相互作用以及核电四极矩在电场梯度中由于原子内电荷分布而产生的能量。

上图：铯-133原子的超精细能级如何定义了一秒：超精细切分铯133原子的6S电子能级。产生波长为3.26cm的辐射。其频率为9192631770赫兹。

“秒”的简史

从公元前三千年开始。六十进制已经存在于基于天文观测而制定的日历对于“日”的定义。尽管按此定义的“秒”跟我们今天所认为的不同。那时对秒这么短的时间刻度的精确指示是做不到的（沙漏、日晷、钟表都做不到）。因此这种划分只是象征性的规定。未有精确地实现。

上图：如何从日晷读出时刻。注意不同纬度的日晷刻度是不同的。

第一个能够准确计算秒数的计时器是在17世纪发明的摆钟——因为除了机械摩擦和空气阻力。摆钟近乎一个完美的动量守恒系统。摆锤的周期的衰减可以降低到很小的程度。加上由钟摆控制的钟表擒纵机构。可以提供精确的计秒功能。也就是我们听到的那个滴答声。[头条·小宇堂-未经许可严禁转载]

上图：由钟摆控制的钟表擒纵机构工作示意图。

在20世纪40年代后期。工作频率为100kHz的石英晶体振荡器的精度提高到了在一天的运行时间内小于10^8分之1的误差。很明显。这种时钟的比地球的自转更靠谱。

上图：电子工业上常用的石英晶振结构及原理图

而从20世纪50年代开始。前面提到的基于铯133同位素的原子钟成为了更优的计时器。并且在今天继续被作为“秒”的标准。

由于地球的旋转变化并且在逐渐减慢。因此闰秒会人为定期添加到地球的自转周期（日）当中。以使时钟与地球的旋转保持同步。也就是说一个地球日不再等于24小时。

总结

人类大概在公元前三千年就大概有了以六十进制方式来划分一日时刻的做法。但真正的精确计秒直到摆钟的发明才实现。而如今我们采用了更为精确的定义一秒的方式。铯-133超精细结构跃迁辐射周期。

其他观点：

不知道秒是怎么来的。也不知道人类是什么时候开始用秒来计时的。我认为时间是人类感知物质运动转化快慢的标尺。是智慧生命的意识产物。地球人目前用的是地球时间。如果地球人占领了整个太阳系。自然会启用太阳系时间。如果有一天地球人的足迹踏遍整个银河系。相信银河系时间将正式登场。

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