1 秒的長度是如何定義的？

01-19

現代科學定義銫 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 個周期的持續時間為 1 秒。
為什麼不把脈搏、心跳或者其他的比較直觀的兩次之間的間隔時間定義為 1 秒（1 個基本時間單位）？
相關問題：1 米的長度是如何定義的？

題主的主題有點晦澀，點進來看了才知曉題主的本意，他是問1秒鐘的時間長度是怎麼來的。

有關此問題的論文、科普、帖子多如牛毛。

我們來設想一下，當原始人看見日出日沒，是不是會把一天的時間長度來作為時間長度「日」的計量單位？

這種時間計量當然很粗糙了。

我們中國人發明的時辰，看起來是細緻了一些，但還是粗糙。

記得看過一本書，書名忘了。其中講到伽利略在教堂看一個巨大單擺的運動，並且用自己的脈搏來計數，得知單擺的周期規律。

瑞士的鐘錶匠們則根據單擺原理製造出時鐘。

當我來到故宮鐘錶館，看著這些古老的鐘錶鍾，感到十分震撼：瑞士工匠們的技藝實在了得，這些鐘錶的背後有多少巧妙地構思和超群的技藝呀！

不管是脈搏也好，是單擺時鐘也好，它們都具有一個特徵，就是具有最小振蕩周期。這個振蕩周期就是時鐘里最小時間長度單位——秒。

到了現代，時間的基準是依靠原子鐘實現的。例如我國的北京時間是是來自陝西省蒲城縣境內的國家授時中心(詳細地址：陝西省西安市臨潼區書院東路3號)。

我們來看看百度下有關北京時間授時中心的說明：

在北京時間授時中心，北京時間的基準由9台銫原子鐘(銫鐘)和2台氫原子鐘組通過精密比對和計算來確定，並通過衛星與世界各國授時部門進行實時比對。

那麼一秒鐘的時間長度是怎麼來的？我們來看看發展歷史吧：

1.利用單擺來確定秒

秒擺的擺長在1660年被倫敦皇家學會提出作為長度的單位。擺長近一米的單擺，一次擺動的時間長度大約是一秒。

2.利用太陽日來確定秒

19世紀末，將一個平太陽日的1/86400作為一秒，稱作世界時秒。

地球自轉存在一定的不規則變化，並有減慢的趨勢，因此按此定義復現秒的準確度最高只能達到 $10^{-8}$ 秒。

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一個小小的提示：

我們都知道一天是24小時，每小時是60分鐘，每分鐘是60秒，於是一天就是86400秒。我們來設想一下，我們早晨7點開始測量，到了第二天7點結束，於是這段時間的1/86400就是1秒。

現在我們來考慮一下，我們可以用一天24小時86400秒來測量一秒有多長嗎？

首先我們需要準確的定時。例如我們期望從早上7點測量到明天早上7點的時間長度。但是，我們如何確定早上7點？這要依靠北京時間的授時中心給出的定時數據。若沒有授時中心，我們根本就無法確定計時的起點時刻和計時的終點時刻。

但這樣一來，我們似乎又回去了，又回到國家授時中心給出的準確時間，等效於我們什麼也沒做。

如果我們在半夜某顆星星到達天頂的時刻作為測時起點，這倒是能解決上述測時起點的問題。

其次，我們需要有一台非常準確的計時器，它測量了一天86400秒後，誤差不能大於0.5秒。顯然，這也是很困難的。

有一個的辦法，就是用年來作為計時長度。例如我們在元旦太陽剛剛升起的時刻定為計時起始時刻，經過一年的計時後，我們在次年元旦太陽剛剛升起的時刻計時終止。於是，我們就可以避免了授時準確度問題。同時，由於計秒的時間區段比較大，計時數據量也大。計時裝置的誤差在大數據量面前，其影響也會小一些，從而提高了時間測量的精度。

這就是利用太陽年來確定秒的原因。

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3.利用原子鐘來確定秒

1967年，國際計量大會決定採用銫-133原子基態的兩個超精細能級之間躍遷相對應輻射的9192631770個周期所持續的時間定義為1秒。

並且還規定，按1900年為平均太陽年。秒定義為：1秒為平均太陽年的1/31556925.9747。

當前，我們在工作、生活和科研中使用的時間長度——秒，就是這麼定義的。

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題主的問題已經回答完了，可以看到，要確定1秒的時間長度，並不是一件簡單的事情。

最後提個問題：

當我們登上飛機，並隨同飛機開始我們的空中之旅時，本次航班在哪些方面與時間測量有關？

現在對秒的定義，是反推的定義，看似科學精準，其實也有矛盾的地方。

古人不是先定義的秒，而是先定義的日，因為日的長度容易測量，見一次太陽就是一日。太陽在正午時，日影最短，最容易確定，所以就以兩次正午的間隔作為一日的時間。

然後再把一日細分為12個時辰，再把時辰細分為刻，然後繼續細分，就得到了秒。當然以前不叫秒。

由此我們可以知道，先有日，後有秒。按照這個定義，一日永遠都固定是24×60×60=86400秒。

但是，後來的定義變了。如題主所言，先定義秒。這樣問題就來了。

今人為什麼要先定義秒呢？因為人類很久以來一直都做不出一個精準的鐘錶能夠準確地測量秒的長度，總是存在誤差。而且原來的定義下秒不是固定不變的（原因在後解釋）。後來發現銫133原子什麼什麼的間隔時間和以前的秒很接近，而且穩定，所以就乾脆把這個間隔時間定義為秒。這就是反推的定義。

這樣一來，秒就被重新定義了。原來固定是一日的1/86400，現在就不是了。原來是先有日，後有秒，現在是先有秒，後有日。在新秒的定義下，一日就不正好是86400秒了。兩頭只能顧一頭。

老定義有什麼缺點呢？老定義固定把太陽兩次在正午的間隔作為一日，這樣就不知道日的長短了。日的長短可能變，秒也會隨之而變。假如地球自轉慢了，一日的時間延長了，人類就不知道延長了，會以為是鐘錶不準了。再例如，地球和太陽的距離是隨時變化的，因此兩次正午的間隔也是不同的，秒的長短也就不同。

新定義有什麼缺點呢？一日的時間不固定是86400秒了。原來一日等於24小時的觀念就錯了。而且新定義的秒也未必是準確的，因為沒有一個固定的正確的標準來衡量它，它快了我們不知道，慢了我們也不知道。

Patrick Zhang 張工回答的是現代時間計量單位的確定，說的比較詳細。我想說的是，時間單位不是一個純現代單位，而是從古時逐漸演變而來。

現代公用的時、分、秒源自古埃及。古巴比倫人將一天分成24小時，一小時60分，一分60秒。

那麼為什麼要將一天分成24小時，一小時分成60分鐘，一分鐘分成60秒，而不是10小時或者100分鐘100秒？

所以這個問題可以簡化成，為什麼時間刻度採用12/60進位而不是10進位？

首先需要了解一點，就是時間單位跟其他諸如長度、重量單位不同，在主觀意識里，時間是循環的，一年四季，日出、日落，周而復始，所以最適合用圓周來分隔。簡單的回答是：對於圓周刻度而言，12進位有10進位無法比擬的優勢。

1、一天24小時

古人用圓形的石盤（中國稱為：晷（gui）），通過計算太陽高度來確定時間。

那麼為什麼圓盤不分隔成10等分，而是12（或24或60）等分？

首先我們想像一下，如果你是古代曆法官，如何在晷表上對應每一天。主觀感受上，一天有白天和黑夜，分隔線是日出跟日落；白天有正午，即影子最短的那一刻；對應的，晚上還有午夜。這樣一來，時辰（或小時）的刻度必然需要將一天分隔成四等分，10進位明顯是不方便的，而12進位卻有明顯比10進位優秀的屬性——可以方便的等分為2、3、4份。

所以歷史上，至少在西晉時期，中國便將一天分成了12份的記載，稱之為「夜半、雞鳴、平旦、日出、食時、隅中、日中、日映、晡時、日入、黃昏、人定」——出自《左傳·昭公五年》杜預注。

顧炎武《日知錄》：「自漢以下。曆法漸密，於是以一日分為十二時，蓋不知始於何人，而至今遵而不廢……然其（指杜預）曰夜半者即今之所謂子時也，雞鳴者丑也，平旦者寅也，日出者卯也，食時者辰也，隅中者巳也，日中者午也，日映者未也，哺時者申也，日入者酉也，黃昏者戌也，人定者亥也。一日分為十二，始見於此。」

需要注意的是，古代中國有很長一段時間採用10進位來計時。《隋書.天文志》記載：晝為朝、禺、中、晡、夕；夜為甲、乙、丙、丁、戊，為時辰的雛形。

同時還有「刻」計時，《說文》：「漏以銅壺盛水，刻節，晝夜百刻」。因為古代最方便的計時方式是滴漏，所以沿用了最普遍的10進位，將晝夜分成100刻。

直至清初，改為96刻。跟12時辰合併，每個時辰8刻，每個時辰分為初、正兩份，稱之為「小時」（現今的小時就是因此而來），各4刻。

除中國以外，古埃及採用24小時制，白天黑夜各12小時；古羅馬採用12小時制。幾個古代輝煌的文明均採用12進位，也可以證明，12進位對於記錄時間是最方便的。

現廣泛使用的公曆就是採用了埃及的24小時。

2、一小時60分

古埃及定下24小時後，又將一小時分成60分鐘，一分鐘分成60秒。那為什麼是分成60分鐘/秒而不是100分鐘/秒?

因為60既是12進位的整數，也是10進位的整數。

這麼分帶來最明顯的好處是，後來的機械鐘錶可以很方便的進行刻度。錶盤分成12等分，採用時針指示；再分割60份的話，剛好每個小時刻度里有5份。想像一下，如果是100分鐘的話，刻度線得亂成什麼樣子。

當然我不是說因為機械錶，所以才分成60份，而是想藉此說明，對於圓周刻度而言，12進位有10進位無法比擬的優勢。

同樣可以解釋，為什麼圓周是360°，每度60′。

最早做實驗就是那脈搏記的時間啊。但是無奈那些時間周期不確定度太大。你跑快點或者睡覺時候甚至緊張的時候，脈搏就變了啊。

我本科老師認為，這些東西的發展歷史應該是，你先定義A為一秒，後來，發現B和A「很接近」，但是不確定度更低，就轉而把B定義為一秒，所以經歷了那麼多年，一秒可能真的已經和當初不一樣長了。

期待大神寫篇關於一秒定義發展的歷史。

大概是依據櫻花下落五厘米的時間而定的

我剛剛粗略的算過了，如果十四億人如果真的都願意每人為 ta xu一秒的話，大約是388888.88h，16203天，44年，這樣的話，ta能活135歲，那樣的話，該有多好啊

是心跳、脈搏穩定，還是原子譜線的能級穩定？

正好趕上我大學學過時間頻率計量，用二十幾年前的老知識來強答一發，也不知二十多年後的今日是否老知識已經被更新到不精確了。

基本單位是計量學中最基礎的，從基本單位可以得到導出單位，舉個例子，速度的單位就是導出單位，由長度和時間兩個單位構成，在所有的單位中，只有7個是基本單位，所有其它的單位都可以由這7個基本單位來描述／導出。這7個基本單位的準確才能保證其它導出單位的準確，而時間單位秒正是這7個基本量之一。

不僅是之一，而且秒是所有7個基本單位中精度最高的一個。最初秒的定義並不是用原子中電子的躍遷周期來定義的，最初的定義應該來自於天文，但是一旦發現了更加準確穩定的手段，人們就會用新的手段來替代老的手段，假定秒的定義最初是用脈搏來定義的，那麼隨著技術的發展也會被精度更高的手段替代。銫原子第三個電離層的原子躍遷周期是迄今為止人類發現最穩定的，把這個周期的9192631770倍定義為一秒，也許若干年後人們發現了更為準確的手段，這個定義會被再次改寫。

在OI中，複雜度約10^7左右，具體看常數。

時間，這是最早被人類意識到的同時也是最神秘的一個基本物理量。從古時代人們的日出而作，日落而息，到地心說和日心說，再到相對論和宇宙大爆炸理論，人類從未停止過對時間本質與起源的探求。另一方面，如何不斷地提高「時間」這一基本物理量的測量精度，也一直是人類不懈追求的重要目標之一。

早在18世紀，為爭奪海上霸權，解決遠距離航海定位(經度)的難題，歐洲各國都在積極尋找海上精確守時的辦法。最終，一位英國鐘錶匠約翰·哈里森(John Harrison) 發明了航海鍾，首次使鐘擺的擺動頻率擺脫了重力影響，大大提高了航海過程中的時間測量精度，從而使安全的長距離海上航行成為可能[1]。在一定程度上，這也是日後英國成為「日不落帝國」的根本原因所在。

在此之後，隨著現代高精度原子鐘的快速發展，時間測量的精度已經遙遙領先於其他物理量的測量精度，時間因而成為測量精度最高的基本單位。1967年，國際度量衡大會通過了新的國際單位制原子秒的定義——位於海平面上的銫(133Cs)原子基態的兩個超精細能級在零磁場中躍遷振蕩 9192631770周期所持續的時間為1秒(定義中的銫原子在溫度為0 K時必須是靜止的)[2]，這標誌著時頻計量由天文基準過度到量子基準。極高的測量精度和可直接傳遞的特性也使時頻計量成為其他計量向量子基準轉化的先導；1983年，國際計量大會(CGPM)會議重新定義長度計量單位「米」為光在真空中1/299792458秒所傳播的距離[3]。

參考文獻

[1] Sobel D. Longitude：The True Story of a Lone Genius Who Solved the Greatest Scientific Problem of His Time. New York： Penguin，1995. ISBN 0-14-025879-5

[2] Unit of time (second). SI Brochure. BIPM. Retrieved 2013-12-22

[3] 17th General Conference onWeights and Measures (1983)，Reso-lution 1. Retrieved 2012-09-19

為了『24小時*60分鐘*60秒=兩次日出間的時間』的計數方便。計量方法總會更精確，當然如果地球自轉變慢的話，就會有不一樣的方法，但為了計數方便的分割不會變。

當然，每個人感覺到的1秒是不一樣的，跟心情、情緒、思考、感受有關，當然那就是另一個範疇的問題了～

不請自來。

首先這與測量儀器與技術的發展密不可分，當人類科技不斷進步對誤差的要求也越來越苛刻時，一個更精確、解析度更高的度量單位就顯得十分重要了。就以秒來說，按脈搏來算的確是一種方法，但個體之間差異大，本身也不夠穩定，不足以作為度量別人的標準，其他比較直觀的東西大體都有類似的毛病。而現在使用的最精確的解析度最高的銫原子鐘雖然不直觀，但我們可以通過測量儀器來間接測量它的振動頻率來確定一秒的長度，這樣的秒目前來說足夠穩定解析度也足夠大，足以支持目前大部分生產發展的需求。

但隨著科技的發展，有朝一日銫原子鐘也將變得不夠精確，秒的定義也會不斷更新。

佛曰:一花一世界，一秒一人生。

一秒很短，不足以體會世間的人情冷暖，喜怒哀樂。

一秒很長，能讓你多看一眼你最喜歡的大海，多聽一句快艇上乘客的嬉笑。

一秒可以從中國南邊的某個小島，飛奔至紅磚青瓦的國際景點，是為激動，不能停留。

一秒可以讓你的存在更有價值，因為智者之言，堪比金貴，警醒後人，茁壯成長。

一秒有貴賤，因人而異之。我想，「一秒究竟價值幾何？」才是題主真正想問的吧？

答案很簡單:一秒是虛無，十秒為一剎。萬秒賽黃金，億秒是永恆！

若時間可以收集，吾等老土而又簡單的年輕人，多一秒有何用？不如讓涓涓細流匯入江海，讓虛無變為永恆，讓充滿智慧的古老傳說，永世流傳在神州大地上！

一天24小時，一小時60分，一分60秒。

這些都是人為規定的。

於是，一天的86400分之一的時間就是一秒。

不然，為啥一天正好24小時呢。

美國1分鐘的時間減去中國1分鐘的時間

單位次數貢獻出去的時間

在1967年舉行的第13屆國際計量大會決定，銫原子Cs133基態的兩個超精細能級間遷躍輻射震蕩9192631770周所持續的時間為1秒

我也好奇妹子眼中的三秒是怎麼定義的…

我的心跳一分鐘60次，正好一秒一次。可以用來定義一秒。

秒長不是天文中的長度單位嗎