◇劉愛東

從抽象到具象：關(guān)于時間單位的歷史演變

◇劉愛東

每時每刻，我們都走在時間的刻度上。然而，你是否知道，時間單位是所有度量衡單位中，唯一缺乏系統(tǒng)化前綴的單位制，即便是科學家，也無法馬上說出一個季度有多少秒，一年有多少分或十五年有多少天……從遠古時代看不見、摸不著卻時刻感覺到的流淌遠去的時間，到如今借助計時工具細致入微計量、使用的時間，形成較為完善的時間體系，其間走過了怎樣一段不平凡的時間之旅?。?/p>

一 最早被發(fā)現(xiàn)定義的時間單位：日

遠古時代，太陽是人類認識時間的第一個標志物，我國先秦時代的《擊壤歌》中有“日出而作，日入而息”，人們以太陽的升和落作為一天勞作和休息的標志。因此，日就成了最早的計時單位。公元238年，拉丁語作者岑索里努斯（Censorinus）把與夜晚相反的白晝稱為民用日（后稱為人工日），而把地球本身自轉(zhuǎn)一周的時間，即一個白晝加一個黑夜稱為自然日。原則上，自然日作為連續(xù)流逝的時間的一個部分，可以在任何時候開始。遵循古羅馬人的做法，現(xiàn)代西方和中國都把由法律或習慣規(guī)定的特定時間點——子夜作為一天的開始。

二 日細致分化而成較小的時間單位

從緯度上看，大多數(shù)地方一年里的晝和夜有長短變化（當一個變長時，另一個變短），但如果把晝和夜結(jié)合起來，一天的持續(xù)時間近乎固定。于是，隨著認識的深入，古人以日為基本計時單位，再對白天和黑夜進行細分，建立小于日的人為時間單位。古埃及人把晝和夜又各自分為12小時，這樣，同樣的 1小時，會隨著白晝和夜晚的不同以及時令的變化，長度也隨之產(chǎn)生變化。后來，為了計量方便，天文學家們把自然日分為相等的24小時 (從正午起計量)，也稱晝夜平分時，這比從日出或日落計量時間方便多了。人們便開始采用從正午起計量兩個12小時的計時方法，而政府部門和軍隊則把這一明確的計量體系作為規(guī)范一直沿用至今，亦即12時計時法和24時計時法。

時間無始無終，但它是不可見的，只能根據(jù)工具上的刻度變化來感知其存在，因此，它是一種工具量。遠古時代，人們以在木棍和骨頭上刻標記、打繩結(jié)等方式來計時，繼而，又通過天體星相的變化和人們的生活習俗去刻畫時間。在中國古代，時間計量自成體系，成就斐然，其中，百刻計時法最為古老，使用的時間也最長。大約公元前11世紀（西周），古人把一晝夜均分為100刻，如許慎在《說文解字》中所言：“漏以銅壺盛水，刻節(jié)，晝夜百刻。”漏刻、日晷、圭表、沙漏、機械計時器等，是古人通過等間距標注時刻，并用來計量時刻的常用器具。公元前102年,漢武帝為了規(guī)范統(tǒng)一歷法，明確規(guī)定采用十二時辰制度。十二時辰制度，就是把一個晝夜均分成12個時間段，每個時間段分別用子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥這十二地支中的一個來表示，每天夜晚11時整到第二天凌晨1時整為子時，以此類推。百刻制與十二時辰制并存使用，彼此不能取代，這就涉及相互配合的問題。但又因100不是12的整數(shù)倍，所以人們嘗試把1晝夜改成120刻、108刻或96刻，可都沒堅持下來。直到明末清初，歐洲的天文學知識、時間制度和鐘表傳入中國，為和十二時辰制及24時計時法相一致，正式確定一晝夜為96刻，即1個時辰等于8刻，1小時等于4刻，1刻等于15分。

小時與分、分與秒之間的六十進制起源于古巴比倫，其稱謂當是移植于天文學弧度體系中的分和秒。在1967年10月舉行的第十三屆國際計量大會上，科學家們對秒作出了更為規(guī)范的規(guī)定：當原子量為133的銫原子處在基態(tài)中時，核自旋由一種自旋方向轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N自旋方向時，原子能量發(fā)生變化，其所對應的電磁波周期的9192631770倍的時間間隔規(guī)定為一個原子時秒。國際單位制中的秒長就是按照上述規(guī)定在海平面上得到的。

三 日累積疊加而成較大的時間單位

比日短的時間單位都取決于日，這不會有任何問題。然而對于長的時間間隔來說，僅僅用日就不方便了，于是在計量時間上又有了星期、旬、月、季度、年、世紀等單位。

星期就是星的日期，又稱禮拜或周，起源于古巴比倫歷法。公元前7世紀至公元前6世紀，古巴比倫人把一個月分為4周，每周有7天。他們建造七星壇祭祀星神。七星壇分7層，從上到下供奉著日、月、火、水、木、金、土7個神，他們每周各主管一天。在中國，大約在公元8世紀時，隨著基督教傳入中國，便有了禮拜的稱謂，中華民國成立后正式改稱星期。周的說法跟月亮的周期有關(guān)，因為7天大約是月相變化一個周期所用時間的四分之一。旬，則是中國土生土長的時間單位，中國古代使用天干紀日，每十日周而復始，于是從夏朝開始就專門用一個 “旬”字來表示。一個月中第一、第二個十天分別為上旬和中旬，余下的天數(shù)為下旬。

自從用太陽支配了日的單位之后，就很自然地要用另一個最顯眼的天體月球來作為另一個計時單位——月相周期。一個朔望月（太陰月）周期就是月亮繞地球公轉(zhuǎn)一周的時間，即新月至下一個新月（在西藏和印度北部按滿月至下一個滿月）的時間間隔，平均長度為29日12時44分2.8秒。據(jù)出土文物研究推斷，舊石器時代早期農(nóng)業(yè)社會中的人們，在栽種作物時就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，播種需要跟隨季節(jié)性的冷熱等變化規(guī)律進行，否則容易造成災荒。如果作物在一年的某一特定時候栽種，需要經(jīng)過12個月以后才能再次栽種，進而得出季節(jié)大約歷時12個月完成一個循環(huán)，不同季節(jié)（在地球的不同區(qū)域，日歷反映出不同的季節(jié)數(shù)——埃及有三個季節(jié)，巴比倫有兩個季節(jié)，希臘有四個季節(jié)）的循環(huán)稱為年。但準確掌握月份仍然是一項富有技巧的工作，人們迫切需要推算出年、月、日的長度和它們之間的關(guān)系，制訂時間順序的法則，即歷法，由此產(chǎn)生了陰歷（太陰歷）、農(nóng)歷（陰陽歷）和公歷（太陽歷）。

12個太陰月組成一個太陰年，用太陰年計量時間的歷法叫作太陰歷。當今，唯一應用嚴格太陰歷的是伊斯蘭教徒，每個伊斯蘭教年由12個月組成，每個月通常由29日和30日交替組成，這種月平均為29.5日，一個太陰年為354日，而12個月的實際時間為354.37日，因此，伊斯蘭教徒需要在30個太陰年中插入多出來的11日。其實，早在古巴比倫時期的天文學家就已經(jīng)注意到，太陽的運動是以恒星為背景的，太陽在天上走過的完整一圈跟完整的季節(jié)循環(huán)密切相配合，大約要365日。太陰年比季節(jié)循環(huán)要短大約 11日，3個太陰年就落后季節(jié)循環(huán)后面33日，整整1個月還多一點，為了要把多余的日數(shù)消除，使歷法和季節(jié)變化合拍，每隔3年就要加1個月，這就是閏月，有閏月的一年也叫閏年。這種基于太陰月，又考慮到同太陽保持一致的歷法是一種陰陽歷，由于其與農(nóng)時相符，所以也稱農(nóng)歷。

現(xiàn)在的公歷（太陽歷）是從埃及繼承過來的，埃及并不怎么重視季節(jié)，一年里的大事是尼羅河的泛濫，平均每365日發(fā)生一次。公元前2781年前，他們就已經(jīng)丟棄了月歷紀年，而是采用了長度固定的365日為一年的太陽歷。不過，太陽歷保持了12個月的傳統(tǒng)，因為年的長度是固定的，所以月的長度也是固定的，每月為30日。這意味著，太陽歷中的月只是沿用了太陰歷中的月的叫法，它跟太陰歷中的月沒有任何關(guān)系。在每月30日的12個月之后，緊隨著5個閏日，埃及人稱為“年尾的贅日”，然而，太陽年并不是精確的365日，1回歸年（這是太陽在天球上沿黃道從某一標點再回到同一標點所經(jīng)歷的時間周期，即地球繞太陽公轉(zhuǎn)一周的時間）是365.24220日，相當于365日5小時48分46秒。也就是說，每一個365日的埃及年落后于太陽年約四分之一日。

與此同時，羅馬共和國采用的是陰陽歷。因為當時認為奇數(shù)是吉祥數(shù)字，所以取平年為365日。出于同樣原因，只有2月份是28日，其他月份不是31日，就是29日。到了公元前46年，羅馬歷落后于太陽歷80日。當時的執(zhí)政者儒 略·愷撒 （GaiusJulius Caesar）參照相對先進的埃及太陽歷，于公元前45年實施新的歷法，使歷法同太陽歷一致了起來，史稱儒略歷。因為愷撒的生日是7月，所以儒略歷規(guī)定：包含7月在內(nèi)的單數(shù)月為大月，是31日；雙數(shù)月為小月，是30日。這樣一來，一年共366日，稱為閏年。平年要少一天，按照當時羅馬風俗，2月份是處決人犯的月份，被看成是不祥之月，于是就從2月中扣除，2月份變成了29天。公元8年，當時的羅馬皇帝奧古斯都，為了表示他與愷撒的功勛一樣偉大，他將自己出生的月份——8月定為大月31天，多出的那天從2月里扣除，平年2月份就只有28天了。而8月以后的大、小月全都反過來，9月和11月變成30天，10月和12月變成了31天。導致今天公歷出現(xiàn)不規(guī)則的現(xiàn)象。

事實上，1儒略年比1回歸年平均還要長11分14秒，這看起來并不多，但意味著，儒略年在400年時間里又要超過回歸年3天多。隨著儒略年的超前，落在后面的春分點，年復一年地越來越早，及至1582年，儒略歷的春分點變成了3月11日。教皇格里高利十三世采取行動，把1582年10月5日改為10月15日，略去10日，使歷法跟太陽歷相同，并讓1583年的春分點再次回到了3月21日。為防止歷法日后再生差異，每400年中有4個逢百之年，只使其中可被400整除的年份列為閏年，其余3個年份列為普通年，這種安排使歷年更密切地跟太陽歷匹配，從而為我們提供了格里歷。雖然這不是最精確的修正（格里歷在3400年里將要超過太陽年一整天，大約到公元5000年時，將不得不考慮略去一個額外的閏年），卻是最方便的，它遠比采用其他周期更容易實施。這些規(guī)定一直沿用到現(xiàn)在。

除此以外，還有一些更大的人為規(guī)定的時間單位，如年代、世紀、千年、銀河年，和更小的時間單位，如毫秒、微秒等?？傊?，時間單位的發(fā)展史，也是人類對于時間單位認識不斷精準的發(fā)展史，是將科學與人為規(guī)定不斷融合的發(fā)展史，充滿了人類的智慧與艱辛探索的印痕。

[1][美]I.阿西莫夫數(shù)的趣談[M].洪丕柱，周昌忠，譯.上海：上海科學技術(shù)出版社.1983.

[2]LeofrancHolford-Strevens.時間的歷史[M].蕭耐園，譯.北京：外語教學與研究出版社，2007.

[3]江曉原.科學史十五講[M].北京：北京大學出版社，2006.

【本文系江蘇省教育科學“十二五”規(guī)劃重點資助課題“數(shù)學史視野下的小學數(shù)學教學的案例研究”（批準號：B-a/2013/ 02/002）的研究成果之一?！?/p>

（作者單位：江蘇啟東實驗小學）