時間如何測量？
時間的測量很重要。
在我們的生活中，許多事務都與時間有關，例如航班和火車時刻表、廣電播放、商家營業、學生上下課、員工上下班，都與時間有關。在電力監控和工業測控中，也都離不開時間的測量。我們在校園裡做各種實驗，也離不開時間的測量。突然想到一個問題，不知道知友們可否想過，時間到底是如何測量出來的？它的測量方法是什麼？時間的基準是什麼？如何校準？又如何傳遞？聽聽大家的看法和意見。
看了評論區的評論，忍不住自己來回答一下。首先，我們先看看什麼叫做時間。翻開字典，時間條目下的解釋是：1）物質存在的可用鐘錶來度量的屬性。某一過程的發生、發展、終止，既反映了過程的持續性也反映了順序性。過程的持續性表現為時間間隔，順序性表現為日期和時刻。2）見「時間與空間」條目。那麼如何來表徵時間的持續性？我們可以用某種穩定振蕩的並且可以重複測量的事件來度量。其中最常用也最典型的周期就是秒。1秒等於銫原子躍遷振蕩9192631770周經歷的時間。如果某種過程中存在穩定的振蕩周期，我們就可以用來測量時間，例如伽利略當年為了證明大教堂的擺具有周期性，他就用自己的脈搏作為時間的計量單位，準確地測定和證明了擺的周期性往複運動。明白這個道理後，我們很容易理解，為何單片機計量時間用的是機器周期了。其實我們每個人都有利用一個振蕩器來作為時間計量的小裝置，這就是手錶或者手機。然而，手錶或者手機需要把時間校準和同步，為此許多國家都用超高穩定性的原子鐘向全國發布基準時間，這叫做時間的授時。我國的北京時間授時中心在陝西蒲城國家授時中心。
由此我們看出，獲取對時信息的方式與終端設備的計時準確率之間有很大的關係。
GPS有兩種功能，其中之一是給出準確的地理位置，其中之二是準確授時。下面我們來看看實際的授時操作中存在哪些問題：我們設想，某工廠中有數百台各類電動機，這些電動機都配備了微機保護裝置，以便對電動機進行保護，還有遙控起動和停止。這些電動機微機保護裝置均通過現場匯流排與監控系統相連接。在監控室里，我們看到有GPS裝置，有監控主機和從機，有印表機等等。這裡的GPS裝置的任務就是將GPS衛星發布的準確時間採集下來，並發布給監控主機。監控主機再通過現場匯流排發布給下級的各個電動機微機保護裝置。既然是通過現場匯流排發布準確時間信息，顯然這裡所用的通信幀一定是廣播命令。通信幀由一系列的位元組構成，主機通過匯流排介質發布對時幀需要一定的時間，於是各個電動機微機保護裝置收到的對時信息必定有一定的時延。這樣一來，若電機迴路出現了故障，例如短路或者堵轉，主機收到的報文中有關時間的參量必定存在時間誤差，這就帶來了不準確性。時間，真是一個奇妙的東西。其實，我們測量時間的方法無非就是用短周期的時間來測量較長的時間，也即用時間來測時間。那麼時間的本源是什麼？恐怕這隻有霍金才能解釋清楚了。=========================到此，我的問題就可以提出了：
1）既然現場層面的測控單元所獲得的準確時間有一定的偏差，那麼我們該如何消除這種時間偏差？2）當發生故障時，上位機也做了記錄，現場層面的測控裝置也做了記錄，但這兩組記錄中時間不可能重合。我們該採取何種措施來消除影響？3）有什麼更好的對時方式嗎？記住：如果讓所有的電動機保護裝置各自帶一台GPS是不現實的，經濟上和實際安裝條件都不允許。大家的看法是什麼？人類沒有對於時間長度的直觀感受，所以一般用一個固定周期對時間進行度量，這個周期越短，對時間的衡量越準確。
最早是晝夜，周期1d再後來是擺鐘，周期 約10^0s再後來是陀飛輪，周期10^-1s再後來是石英晶振，周期10^-3~10^-6s
再後來是銫原子鐘，周期10^-10s目前的鍶鍾汞鍾 周期都小於10^-13s所以，其實目前人類能測量的物理量，時間間隔是測得最準的。專業的業餘物理愛好者不請自來。
首先，時間和空間是糾結在一起的共同體。這種多維空間的存在和一維時間的流逝都是客觀的，無論我們拿什麼儀器去測量，都不會影響其結果。
在平靜的時空里，時間的流速最快。但是，空間的變形，或者說引力場的作用，或者物體出現了運動，都會導致時間的流逝速度變慢。這種變化也不是儀器的精度或誤差導致的。
所以，沒有一個絕對的，標準的宇宙時間；宇宙中任何兩個地方的時間流逝速度都不完全一樣。我們只能測出自己附近的時間，這個是跳不出去的屏障。
下面進去正題。
張老師問的是時間是如何測量的。其實真實的情況是，我們定義了時間間隔（年，月，日等），然後用各種儀器工具去模擬生成這種間隔。古代人們通過記錄天，發現了四季循環，所以出現了曆法。這個算是對時間間隔最原始的定義。
後來通過研究擺，發明了鐘錶。對時間間隔的定義精準到了秒級。
再後來出現了晶振，機械錶升級成為電子錶，對時間間隔的定義也精確到了微秒級。
後來通過研究電子躍遷，發明了原子鐘。精度可以達到幾十萬年一秒的誤差。
然而真正顛覆人們時空觀的，還得看相對論提出的光子鍾，就是在兩面平行的鏡子中有一束光來回反射，通過記錄反射次數來記錄時間間隔。正因為光速不變，所以當鍾運動起來時，時間就會變慢。
後來通過研究發現其實機械鐘一定也會變慢，因為慢的是時間本身，而不是鍾。各處不同時。
這種現象已經在各種實驗中驗證過。我們的GPS系統如果不考慮這種現象，誤差會非常大。總之，事實已經很明確，我們也只能接受之。討論時空觀的進化，那是另一個問題了。總結一下，時間的流逝是客觀的，其速度也是在變化的。我們在這種背景下，用儀器去生成時間間隔，或快或慢，完全取決於時間本身。
最後，其實對於宇宙來說，一秒定義成多少都無所謂，只是方便我們人類自己罷了。首先要看信號是怎樣的信號。
以下說說一個周期內只有一個邊沿被捕捉的周期信號的周期時間測量。這句話有點繞，是因為周期信號也有複雜的合成信號，無論多複雜，只要能保證一個周期只捕捉一個邊沿即可，這點用過示波器的人應該能理解（調整trigger level到穩定觸發），手機碼字，不多說了。測周期也就是測頻率，測頻率一般是等精度頻率計，如下圖，我這個是中低端。
~如何測量~
它的大致原理是內部對自己的頻率基準進行倍頻得到高頻參考頻率，在同一個閘控時間內對輸入信號和基準頻率同時計數，閘控時間結束時對兩個數字進行簡單運算，就知輸入信號的頻率。其實技術細節挺多的。~關於基準源~
基準源來說有晶振和量子基準兩種：晶振有普通晶體、恆溫晶體；量子基準有銫、銣鍾。~基準傳遞~
傳遞的話特別方便，能看到天的地方就有GPS（室內可以甩天線出去），用GPS馴服鍾即可，早期的GSM基站這麼干。GPS模塊輸出的1PPS信號，來源於GPS衛星上的銫原子鐘，GPS馴服鍾對內部的壓控恆溫晶振進行調節，直至10MHz鎖定。~校準~
像我這種業餘玩的，一般通過馴服鍾來校準恆溫晶振，恆溫晶振會有一個微調電位器，如下圖中藍色的3296側調電位器。
高端一些的直接用原子鐘校準這個了。~說點題外話~
時鐘源種類很多，按要求選用，精度高低、體積要求，有的對相位雜訊敏感，都需要考慮周全。銣鐘體積可以做到很小，可以作為頻率計的一個選件模塊置於機內。前些年有一些洋垃圾拆機銣鍾，白菜價，HIFI佬拿去給轉盤機磨機去了，哈哈。我記得在舒幼生寫的一本書上說是基於穩定的周期性物理過程。
時間單位」秒「是定義為（一堆限制條件下）9,192,631,770倍{銫原子基態兩個超精細結構能級之間躍遷所發出的輻射的周期}
很明顯這個定義就是為了給原子鐘的製造提供方便的。畢竟原子鐘是人類測量時間最精確的方法了，不這樣定義「秒」簡直說不過去。
那就要提原子鐘了。原子鐘分很多種，原理大致相同。首先製備某種原子（很多時候是銫）的蒸汽，然後用一個震蕩器產生對應能級間躍遷所需要的電磁波，入射到原子蒸汽里。接下來這個震蕩器還需要校正。由於原子的能級非常非常精確，因此哪怕電磁波的頻率偏差一點點，這個能級躍遷就會很難發生。用這個方法一直微調震蕩器頻率，直到頻率完全對上，躍遷發生。這個時候，如果是銫原子鐘，那麼設計一個電路，使得這個震蕩器每震蕩9,192,631,770次，錶盤上就+1秒，原子鐘就實現了。
其他的任何計時工具，都是通過直接或者間接的方式，和原子鐘對準。
計時工具校正的方法就是日常的校正方法，沒什麼新花樣。-----------------------------------------------------------------------------------上面討論的都是工程上的時間測量，下面談理論上的理論上的時間測量：
假設你有理想的計時工具，正常用就行了。狹義相對論里的時間校準（這是愛因斯坦當年為了防止相對論中語義含糊而強行搞出來的定義）：如果參考系A和B重合，直接互相對準。如果參考系A和B相對靜止但不重合，那麼把AB之間抽理想真空，AB處分別擺放平行理想反射鏡，A發射一束光，A記錄自己發射的時間t1，這束光到達B處，B記錄此時時間t2"，然後這束光反射回到A，A再記錄收到反射光的時間t3。然後A把t1和t3告訴B，B自己計算t1和t3的平均值，和t2"對比，然後就調自己的鐘。校準完成。如果A和B相對運動，按照狹義相對論兩人的鐘沒必要校準。除非某個時刻A和B恰好重合，可以考慮對準一下方便觀察一些現象。---------------------------------------------------------------------------------------希望你問的不是哲學上的時間測量我們人對時間的認識, 是由於我們有記憶。每天早上我們看到太陽從東海升起, 下午從西山落下, 我們就記住了這個畫面。當它反覆出現時, 我們就有了時間的感覺。我們人對空間的認識是由於我們有視覺和觸覺。根據我們自己的身體, 我們可以測量距離, 比如"一腳", "一步"。我們人和許多動物最敏感的是速度, 即對運動的反應。因為這是捕食和逃生所必須的。我們常常用空間距離來測量時間, 比如日晷和單擺。也常常用時間測量空間, 比如光年。
（這也可以膜？Orz.......）時間的定義是一個挺基本的東西，然而物理學裡面越基本的東西往往越「醜陋」（物理老師原話= =）時間是用周期運動來定義的，然而描述周期運動貌似又需要有時間的概念，因此時間究竟是什麼本源這個問題非常難說。不糾其本源的話，時間是可以用測量定義的，規定某一個周期性的規律事件發生的周期為一秒，然後別的時間根據這個事件來度量。（基準是啥已經忘了Orz.....）
時間的單位是人為定義的，比如說有太陽曆，農曆，或者你想說秒，也是人為定義的。但是時間本身是一個客觀存在，人類用一些標準，衡量時間的流逝，時間流逝的跨度，就是人為定義的單位。
以上是背景，理解這個了，就可以明白，不管原子鐘，日晷，還是沙漏，都是對時間的測量，剩下的就是準確度的的問題。
你想問時間有沒有像質量一樣，有一個基準，那麼就是， 銫133原子基態的兩個超精細能階間躍遷對應輻射的9,192,631,770個周期的持續時間。時間本不存在，是我們為了測量物體的運動而創造出來的概念而已
掃了一遍答案，只有一個答主講到TDC的。作為國內C9高校物理電子學的master，我也來談談，不足之處，見諒。
首先是時間的定義，這個隨著人類歷史的發展，已經發生過幾次改變，比如1秒，我記得之前是光走1米所花費的時間；而現在好像是某種原子振蕩xx次所花費的時間(請參考其他答主)。
然後是時間測量的方式，不同場景下應用不同的測量工具，日常生活中是鐘錶，科學中的長時間精準計時用原子鐘，科學中的短時間超精細計時用TDC。
這裡展開我比較熟悉的TDC，全稱為時間數字轉換器。通常用FPGA或ASIC來實現。時間解析度通常在幾十ps量級，即10^(-12)秒。它的應用場景主要是物理實驗中的高速高精度時間測量比如核物理實驗(請不要第一時間想到原子彈什麼的)。
TDC分為好多種類型，這裡就不具體說了，實際上它的良好工作也離不開原子鐘的支持。當然在日常生活中是並不需要這種東西的。
技術支持，請聯繫gnxy4man@163.com胡言亂語且當參考。
時間不能被直接測量，測量的是更基礎的物理量從而定義出時間。時間的本質是對系統之外不受系統干擾的東西變化進行觀察測量得到的。為了保證時間的普適性和均勻性。使得我們參照的東西需要儘可能不受其他因素干擾。或者其干擾產生的變化要麼很小要麼被系統所抵消。
如果需要高精度的時間同步來達到完成某一物理改變。靠多個精確的時鐘來同步和一個時鐘同步成本相差很大。實用來說，問題的關鍵是對某些有誤差物理量進行延時或誤差分析和調整，通過相同一個參照來計時。畢竟時間測量本身就是一個相對測量。時間是一個幻象，是一個從來就不存在的東西。大家都知道這個公式 T=1/f，時間是頻率的倒數，可以看成是一種映射，如果非要測量，那也只能通過測量出頻率才能得到那個抽象值。世間萬物，都可以用頻率表示，如果你接受量子力學，那麼你就能接受萬物是粒子，粒子即是波，而波，就是頻率！如果你不接受，那麼生活中任意一個物質都有特定的頻率，一個例子，海豚音破碎玻璃，共振。時間抽象事物，並不需在意！
最近一直在做一個叫TDC的東東，就是時間數字轉換器 time to digital converter.簡單說就是個高精度的秒錶。一般有倆輸入信號。當這倆信號產生跳變了，TDC就能告訴你這倆信號上的跳變相差了多長時間。現在的技術用ASIC做能達到1皮秒的解析度。用FPGA也能到10皮秒或者更高的解析度了。原理大概就是利用電信號在導體里傳播速度來做的。大部分的設計是用一種叫做抽頭延時線的來實現。信號在延時線上傳播然後在線上有很多的抽頭在統一的時間對線上的信號值採樣。這樣就能知道在採樣的時候線上的信號傳播了多長的距離，然後根據傳播速度算出時間。
?首先確定時間軸的測量單位(s)。單位決定時間測量的精確度。可以從年到月到天，也可以到s到ms等等。
?然後準備儀器可以計數時間單位(周期性儀器)。單位越小所需儀器越精準。可測量時間的單位下限反應了儀器的發展程度。也反應了文明科技的高度。
?把時間看成一條直線。將這條直線以時間單位劃分。單位劃分越細，測量獲得信息越大。所需儀器越複雜。
?空間的測量可以看做兩個時間點測量信息的對比。時間的測量也可以看做兩個時間點測量信息的對比。前者的測量基準線是空間線。後者基準線是時間線。最近正在上關於時間頻率方面的課程，不請自來回答一下，如果有不正確的地方敬請指正。
首先，根據大爆炸理論，在宇宙形成之前是沒有空間和時間的概念的，只有一個點--奇點。這個點密度極大而體積極小，基本可以忽略不計。後來這個點發生了爆炸，就有了時間與空間。
宇宙的演化過程大致如下：
後來，在人類進化中，意識到在生產實踐的過程里需要對時間（事件的先後）進行定義：
譬如，我是應該接受張三的邀請去和他打獵，還是接受李四的邀請而去他家吃飯呢
於是，時間就有必要被定義了。
時間定義的原則是：
第一條：時間的作用是打標記。
第二條：時間要被大家所承認。
第三條：時間要能觀測。
這樣，時間就可以被定義。
這樣即選定一個起點，按照固定的間隔進行累計即可。
然後，在這樣的時間尺度上比較事件發生的先後順序，只需要將它們在同一個尺度進行比較即可。
因此，要比較時間，最重要的是要為物理事件來提供時間坐標，並且要將它們置於同一坐標中進行比較，這就是時間的統一問題。
譬如說，上課八點半，這應該對於每一個人都是一樣的時間，而不能因為我要遲到就將鐘錶調快30分鐘，這不符合時間定義的原則，顯然是不成立的。
不同時期對於時間的精確度要求也不會一樣，從早期的日出日落，到現在電子器件極為精確的時間頻率要求，我們對於時間的精確要求越來越高。
經過人類長時間的發展，我們將對地球公轉的周期的適應形成年的概念，對月亮變化周期的適應形成月的概念，對太陽的觀測而形成日的概念。這些都是人類在發展中因為不同的需要而自行定義的，例如我國古代出現的泄水型漏壺，它漏完每壺水的時間即為一刻，約為現在的14.4分鐘。
我們發現，對於時間的測量往往是經由對周期現象的測量來進行的。
這也是人類發展過程中對於時間測量越來越精確的一個表現，現在精度最高的屬於使用量子躍遷的原子鐘。原理我在這裡就不貼了，但是測量時間的鐘錶都需要滿足：
1、周期現象
2、計數裝置
3、動力裝置
它們都會有一個相同的問題：鐘錶不準怎麼辦？
首先，我們需要統一全球的時間，也就是設置時區。
每15度一個時區，使用中間的時間；
向西每經過一個時區減少一個小時。向東每個時區增加一個小時。
這時，出現了第一個國際統一的時間尺度-世界時。有興趣的童鞋可以自行百度，因為它的精度過低，只能達到10^7，所以後來採用了曆書時，但是這種方法也是精度不高，而且測量難度大，現在我們統一採用的是原子時
在1967年的第十三屆世界度量衡會議上，決定採用原子時。
「銫133原子在基態的兩個超精細能級結構間零磁場躍遷時，輻射頻率的9 192 631 770個周期持續的時間為1秒」。
選取1958年1月1日世界時的0時為原子時的時刻起點，這樣不會造成時間的跳變。
它的精度能達到10^12，比曆書時高1000倍。
但是，原子鐘仍舊是鐘錶，它也有壞掉或者停電的風險。為了解決這個問題，國際上將世界上所有的原子鐘進行協調，統一計算原子時，並且由國際權度局BIPM發布國際標準時間，得出協調世界時（這個有興趣的童鞋也可以百度）。
下圖是計算原子時的取權表
現在，我們已經得到了準確的時間，但是需要將它通過通信手段傳遞時間，使得所有的鐘錶能夠進行統一。現在一般採用的方法是網路授時（利用網路時間協議進行時間傳遞），短波授時，低頻時碼授時（68.5kHz載頻的調幅無線發播系統），長波授時，衛星授時（應用最廣，可達到十納秒級）。
那麼回到最初的問題，時間如何測量？
先前我們將原子時的時候也講過，它的基本原理是用短脈衝（原子輻射頻率的周期）填充長脈衝（1秒）。進行時間更短的測量，原理也是如此：
這裡說起來很簡單，但是為了提高精度是很難的。
但是有人會問，為什麼我們需要這麼高精度的時間...
我只能說因為各種情況的需求不同。
以上參考資料和圖片都來自於我上課的課件與筆記，如有不對敬請指正。
PS：這只是一篇科普...雖然我本科也學電氣，但是現在也算是跨行了...只能站在外行人的角度上評論，所以大家知道時間的產生與測量就好了...
測量時間，主要是對比參照物。
我們從猿人開始，就生活在地球上，古代最開始計算的時間，就是從一年四季的變更，晝夜的交替兒計算出來的。 地球繞太陽公轉一周 為一年，地球自轉一周為一天。 這一切都是人類在地球上所定義出來的，也是人為定義的時間。
後面的一天分為24小時，便更是人為的切割了，1小時切割為60秒更是。如果當初一天設為48小時問題嗎？一分鐘分為120秒有問題嗎？人為定義的而已。
現在你跳出在地球的局限性，如果你跑到火星上，火星自轉一周時間與地球類似，都在24小時左右，但火星繞太陽公轉一周是687天，也就是在火星上定義，一年是687天。
如果你出生在水星上，水星自轉一周是58.464(地球日)，也就是水星上的一天等於地球上的58.464天，水星跑太陽公轉一周是88(地球日)，也就是火星上一年等於1.5天。
這是以太陽為參照物
如果跳開太陽系，離開銀河系，時間更怎麼定義？而時間存在於宇宙中，不因為我們的定義而變快 或變慢。
所以時間是以參照物計算出來的，時間是人為定義的。而且我們計算時間，選擇地球的自轉，與太陽的公轉 ，是追求時間的穩定性，因為地球自轉一周宇繞太陽公轉一周的時間，基本穩定。所以人們不是選擇下一場雨為一天，或者一場地震為一年。
時間是存在的，你認為他是什麼，就是什麼。其實沒有時間，時間是人類定義出來的。
時間很奇妙，過起來那麼漫長，回頭一看卻又那麼短。胡思亂想，笑
移動通信系統對時間的同步要求是極高的。各個站點會從gps授時（這是整個系統精度最好的時鐘源）。而各個分布設備有本地時鐘（但是精度略差，成本低)，這時採用一種閉環控制裝置（比如鎖相環，時鐘相位的控制系統）把站點的高精度時鐘和本地時鐘同步，完成整個系統的時鐘同步。只要把主控與分布設備是時鐘同步，us級別的故障記錄不在話下。這個對電力系統是否有參考意義。如果主從設備的故障記錄時間相差大，不妨看看主控和本地設備的檢測機制，比本地是否有多次檢測確認的機制，是否是立即上報，什麼時候記告警，主控是通過中斷還是輪詢檢測，這都是引入延時的原因。
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