最小號的時間，到底有多小？

時間續集接著說。上期說到時間刻度到底是咋來的，還有法國大革命中間插播了一段「時間革命」，結果自己的革命沒搞成，卻促成了一場真正意義上的時間革命。

從那以後，代表著人類最理性、最智慧的科學界，對於時間的追求，不再是試圖改造時間的計量系統，而是努力推動現有的計量體系，朝著更精確的方向衝刺。

這就是說，時間革命——不再是變著法地更換時間尺子，而是努力把時間尺子搞得越來越精確！

畢竟，科學體系已經從經典力學發展到相對論和量子力學，科學家亟需把時間尺子打造得越精確越好。至於原因後文會說到。

先是在公元1954年，統管人類各種計量標準的國際計量大會決定：時間的基本國際單位是秒。

• 為什麼要用秒，作為時間的基本單位呢？

剛才說了，科學界對時間的追求，正是朝著更精確的趨勢而努力奮鬥——越精確越好！而依據人類現有技術衡量，秒——是最有把握和最能精確搞定的時間單位。當然，秒還是人體感知時間最直觀的一種存在。

• 那麼，1秒又是如何定義的呢？到底怎樣才能搞得精確？

科學界依靠的是天文學，採用——1秒等於1個平均太陽日的1/86400。

不過，後來越來越多的科學家意識到，這個定義並不靠譜。

原本以為太陽一直處在太陽系的正中心，位置不動，但事實上並非如此。因為受到眾多行星小夥伴們的引力拉扯，導致即便是偌大身軀的太陽，也會在自己的舞池裡跳舞——跳著一種複雜多變的太陽之舞。

這樣當然會影響測量太陽日，要想平均測量1個太陽日的1/86400，變得極為複雜，不再可靠。所以，只能目標轉移。

直到1967年，科學家們在國際計量大會上，重新確定了更精確的【秒】。

萬能的科學家竟然選中了原子序號為55的銫133原子，作為度量秒的刻度。

• 到底怎麼一回事？為啥測量物選的如此偏門？

先說說1秒鐘具體如何確定的：

當銫原子受熱時，就會釋放／吸收特定頻率的電磁波，準確點說是微波。然後，科學家想辦法讓這種電磁波穿過一個點，接下來開始數數——當數到第9192631770個電磁波穿過時，測量出來的時間長度——這就是1秒鐘！

• 秒殺你沒有？為啥科學家要如此費勁、如此怪異？

其實，就是為了確保在宇宙任何角落，都能夠重複實現這個精確的測量值。

要知道，銫133正好能夠完美符合條件。

▲儲存於氬氣中的高純度銫-133

別看它熔點低，易衰變，但對於科學家來說，它能夠穩定發射特定的光譜頻率，這一點最重要。

宇宙基本法告訴我們，物理規律在任何地方都是相同的，適用於地球的物理規律，也同樣適用於整個宇宙。所以呢，找對測量物很關鍵。

這個由銫133測量出的秒，被認為是「人類目前所能達到的最精確的時間單位」，這也是製造原子鐘的依據。

順便說一下，長度單位——米，就是在秒測量基礎上確定的，電磁波在銫原子鐘測量的0.000000003335640952秒內行進的長度。

儘管這種極端的測量方式，恐怕只有科學家才會喜歡，最高精度的原子鐘也只存在於身穿白大褂兒的實驗室里，但這確實代表了人類所能達到的超高精度時間。

• 原子鐘到底有多精確？有多牛？

自從第一個銫原子鐘在1955年建成後，科學家們可謂精益求精，精確不止——

• 先是精度達到2～3×10^-14，這相當於每天誤差只有2納秒，或者說140萬年誤差1秒。納秒就是十億分之一秒。

• 後來紀錄又被刷新，精度超過10^-15，這意味著從6600萬年前恐龍帝國覆滅一直到現在，誤差僅僅2秒。

• 而最新紀錄已經刷到——37億年誤差不超過1秒的最高精度！
• 為啥要搞到如此精度？有這個必要嗎？

當然有啦。比如，歐洲大型強子對撞機里的粒子團，目前最短碰撞周期為25納秒，要想大幅提升加速器實驗能力，必須縮短碰撞周期一到兩個數量級，就需要超高精度的時間測量。

事實上，當科學家一頭扎進粒子物理世界後，就不斷對時間、長度測量提出更高要求，似乎索求無度，永無止境。

現在就讓我們玩把思想穿越，鑽進微觀世界，來感受微觀尺度下的時間感。

秒s——1秒鐘，我們心跳1次；蜂鳥拍動翅膀70次；閃電跨越3億米；宇宙大爆炸1秒後，進入核合成時期，中子與質子比例達到1:7，形成氦核。

毫秒ms——10^-3秒，千分之一秒，數碼相機快門可達1毫秒；跨大西洋電纜信號有6毫秒延遲；蒼蠅拍動一下翅膀3毫秒；宇宙大爆炸1毫秒後，進入輕子時期。

微秒μs——10^-6秒，百萬分之一秒，1微秒與1秒差距，就相當於1秒和11.5天之間的差距；光傳播300米需要1微秒；基本粒子μ子（渺子）壽命為2.2微秒；我們能夠聽到最高頻率的聲音，聲波周期是33微秒；宇宙大爆炸1微秒後，進入強子時期。

納秒ns——10^-9秒，十億分之一秒，1秒包含的納秒數量相當於30年包含的秒數；光傳播一米需要3.3納秒；宇宙大爆炸1納秒後，進入弱電力分離時期，弱核力與電磁力分離。

皮秒ps——10^-12秒，萬億分之一秒，宇宙大爆炸1皮秒後，X玻色子衰變生成粒子和反粒子。

飛秒fs——10^-15秒，千萬分之一秒，光傳播0.3微米需要1飛秒；可見光振蕩周期1.3～2.57飛秒；宇宙大爆炸1飛秒後，反正粒子湮滅後，物質開始比反物質多。

阿秒as——10^-18秒，十億分之十億分之一秒，這是目前人類實驗測量的最小時間尺度；光行進3個氫原子的直徑需要1阿秒；電子圍繞原子核一周需要150阿秒；宇宙大爆炸1阿秒後，夸克-反夸克對，生成並湮滅。

仄秒zs——10^-21秒，宇宙大爆炸1仄秒後，上帝粒子——希格斯玻色子生成。

幺秒ys——10^-24秒，光行進1個質子直徑需要6幺秒；W、Z玻色子的壽命是0.3幺秒；宇宙大爆炸1幺秒後，反夸克生成，夸克-反夸克對生成，X玻色子生成。

幺秒的一億分之一——10^-32秒，宇宙大爆炸一億分之一幺秒後，進入夸克時期。

幺秒的千億分之一——10^-35秒，宇宙大爆炸千億分之一幺秒後，進入暴脹時期，我們的可觀測宇宙從一個質子的十億分之一大小，突然膨脹到玻璃球那麼大。

最小時間尺度，就此到頭了吧？！——當然沒有。

數年前，有些科學家建議把幺秒稱為【時間子】，認為這就是最小的時間跨度，光行進1個質子直徑需要6幺秒，這已經最小的時間單位了，因為當時認為質子就是基本粒子。

時間子，從基本粒子到可觀測宇宙，都可以看作是若干個時間子的組合，的確這是個相當開腦洞的想法。

但隨著夸克模型的建立，量子物理世界打開了一個比質子小得多的粒子世界，於是，以幺秒為基準尺度的時間子，隨即被掩埋了。

當弦論尤其是超弦理論掀起第二次革命時，隨之而來的是，人類抵達最小尺度的時間

——這就是普朗克時間，理論上所能達到的最小時間單位，5.4×10^-44秒。

——光在真空中行進一個普朗克長度所需一個普朗克時間。

一個普朗克長度被定義為1.6×10^-35米。這是一個比質子直徑還要小一千億個十億倍的最小尺度。

理論上的最小時間——普朗克時間與人類可測量的最小時間——阿秒，兩者相差多大？相差17個數量級。

人類終於進入了終極時間——量子時間。

宇宙間沒有什麼能比普朗克長度還小的東西了，也沒有什麼比普朗克時間還小的時間存在了。

從這個尺度看一切，一切都是最小長度+最小時間的組合，時空——空間與時間是無法分離的，甚至，理論上的額外維度和多維時間也是由普朗克尺度搭建的。

事實上，整個宇宙都是由最小號的樂高積木——普朗克尺度搭建的。

時間到底是什麼？且看續集。

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