毫秒必争 知道准确时间的重要性

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来源: 腕表之家 作者:腕表之家 编辑:王晓迪 2017-05-15 11:02:55

  1845年,埃克塞特圣约翰教堂的时钟增添了一项新奇的功能:另一枚分钟指针,走时比原来的快14分钟。正如Trewman‘s Exeter Flying Post所言,“这为公众提供了极大的便利”,因为圣约翰教堂时钟所呈现的,不只埃克塞特当地时间,还有“铁路时间”。

  长久以来,我们的时间感一直由行星运动定义。早在知晓地球绕轴自转和绕日公转之前,我们就在谈论“天”和“年”。月亮的圆缺给了我们“月”的概念,太阳的升落给了我们“正午”的概念,即当(白天)太阳达到最高点时,当然这取决于你所处的经度,埃克塞特比伦敦要晚14分钟。

  人们自然倾向根据当地天文观测来设定时钟。如果您只与当地人协调,例如我们都住在埃克塞特,约定19:00见面,那没有问题,至于200英里外的伦敦是19:14根本无关紧要。然而,当火车连接埃克塞特和伦敦-中途停靠多个其他城镇,每个都有自己的时间-我们面临着一场组织噩梦。

  早期的英国火车时刻表这样提醒旅客,“伦敦时间比雷丁时间早约4分钟,比赛伦塞斯特时间早约7分半”等等,但是这让很多乘客感到困惑。更严重的是,驾驶员和信号员也是如此,增加了碰撞的风险。

  于是铁路系统开始采用“铁路时间”,后者基于格林尼治标准时间,由著名的天文台设立。一些市政专家迅速领悟了国家标准化时间的实用性,其他人则对这种以大都市为基准的强制规定表示愤慨,坚持他们的时间-正如Flying Post宣称,带着迷人的狭隘主义-才是“正确的时间”(the correct time)。

  好多年间,埃克塞特教长都拒绝调整城市大教堂的时钟。其实,根本就没有什么“正确的时间”。如同货币价值,这是一个协议,其实用性源自得到广泛的接受。

  解决经度难题

  大西方(GWR)等铁路公司非常重视准确计时

  没有“正确的时间”,但存在准确计时。时间回溯到1656年,一名叫做克里斯蒂安·惠更斯的荷兰人。当然,惠更斯之前,也有时钟。

  水钟出现在从古埃及到中世纪波斯的文明中,其他人则靠蜡烛上的刻度来计量时间。但即使最准确的设备,日误差也会达到15分钟,当然这对想要知道何时祈祷的修道士无关紧要。

  然而,在一个越来越重要的生活领域,能否保持准确计时具有重大的经济意义:航行。通过观察太阳角度,水手们可以计算自己的纬度,而具体经度只能猜测。一旦出错-经常如此-船只抵达之地距离导航员预想中的目的地相去数百英里,有时后果是灾难性的。

  惠更斯的摆钟比先前任何设备都要精准超过60倍,但仍有改进空间

  准确计时如何作用?如果知道格林尼治天文台-或任何其他参考点-什么时候迎来正午,就可以观察太阳,计算时差,得出距离。惠更斯的摆钟比先前任何设备都要精准超过60倍,但日误差仍有15秒,长途航行中累计起来也很可观。况且,飘摇沉浮的甲板上,摆钟也难以规律运作。

  海洋国家的统治者深刻地意识到经度问题:早在惠更斯的摆钟问世将近一个世纪前,西班牙国王就悬赏寻求解决方案。众所周知,后来是英国政府拿出奖金,终于在十八世纪英国人约翰·哈里森苦心孤诣,打造出日误差仅有几秒的、足够准确的设备。

  虽然埃克塞特教长固执己见,但全世界已经就“正确的时间” - 协调世界时(UTC) - 达成一致,其媒介是全球不同的时区。通常,这些时区约定太阳升至最高点时是正午,但也有例外。

  自从毛主席废除中国的五个时区,决定全国统一采用北京时间,西藏和新疆的居民日出后不久就能听到正午12点的钟声。

  毫秒为何重要

  约翰·哈里森的一号航海天文钟解决了经度测量难题

  自惠更斯和哈里森以降,时钟变得更加准确。协调世界时基于原子钟,后者所测量的是电子能级的振荡,上亿年才会产生一秒误差。这样的准确性有意义吗?我们的早班计划并不会精确到毫秒,一枚精准腕表的价值声誉多于实用。

  但是几毫秒也能至关重要。股票市场就是一例,抢在竞争对手之前,即时抓住套利机会,就能获得巨额财富。最近,一些金融家计算,值得花费3亿美元在芝加哥和纽约之间的山脉钻探,只为将光纤电缆摆的更直,这会使两个城市之间的交流加快三毫秒。

  准确计量被普遍接受的时间也是计算和通信网络的基础。但或许原子钟最重要的影响-正如过去的轮船和火车-在于旅行。现在,没有人需要通过太阳角度导航,因为我们有GPS。

  GPS技术彻底改变了交通运输

  智能手机可以通过获取卫星网络信号进行定位:因为我们知道全球任何地点在任何时刻,地平面上空至少有4颗GPS卫星,通过三角测量就能定出使用者所在位置。该技术彻底改变了从航海到航空、从测量到远足的一切,但这只有当卫星时间一致时才会有效。

  GPS卫星通常携带四个由铯或铷制成的原子钟,它们的精度是惠更斯和哈里森难以想象的。但是GPS卫星定位仍有可能产生几米误差,因为当信号穿过地球电离层时,电离层会带来时延、闪烁等效应。所以自驾汽车不仅需要GPS,还需要传感器。在公路上,几米的差异就是安全行车和危险驾驶的差异。

  同时,时钟仍在继续前进。最近,科学家们以镱元素为基础,研发出一种新型原子钟,在约五十亿年的时间里,直至太阳死亡、吞噬地球,原子钟的计时误差也不会超过百分之一秒。这种层级的精度如何改变现在及未来的经济,只有时间才能给出答案。

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