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这条不存在的线决定了我们的时间

本文作者: 1个月前 (10-30)

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这条不存在的线决定了我们的时间

我们先来看一个老问题:

现在有一位俄罗斯人,手里有一张全球银行中奖彩票,它的最后期限是4月9日,而现在是4月10日。这个俄罗斯人怎样做才能让这张过期的彩票「起死回生」?

难道要时光倒流吗?

其实,他只要订一张由俄罗斯东部飞到美国阿拉斯加的机票即可。

俄罗斯东部与美国阿拉斯加之间的白令海。

当飞机飞越白令海峡,穿过夹在俄罗斯东部与阿拉斯加州之间的国际日期变更线时,我们就会听到空乘通知旅客:现在时间是4月9日某时某刻。

日期果然减少了一天。

这位俄罗斯人到达美国时,就可以把手中的彩票兑换了。

国际日期变更线(又名日界线)就是这样神奇,在这条无形的线的东西两侧,哪怕两地距离只隔一海里,时间却分成两天。

穿过大洋的国际日期变更线;由西向东越过日界线,日期要减去一天,反之则增加一天。

这是现代人的常识。

但这条线是怎么来的?为什么它的形状曲曲折折?

这点知道的人恐怕就不多了。

< 01 > 为什么需要国际日期变更线?

国际日期变更线的设置,和地球所处的天体运行环境有关。

我们来复习一下中学地理知识:

由于地球自转的关系,地球上的各地所看到日出的时间并不一样,这就导致各地的时间系统各有不同。想想看,如果全球都用同一块钟表,那华盛顿上午8点日出的话,北京岂不是要晚上8点才能看日出?

地球自转导致日夜更迭。

为了避免这种混乱,人们决定将地球划分为24个时区。

原因也很简单,地球自转一周约24小时。在这种划分下,地球每隔15°(360°/24=15°)便是一个时区,相邻时区之间的时差是1小时。

现在,假定太平洋上有一座小岛,我们姑且称为A岛。A岛即将迎来地球上的第一个日出,这个时间记为1月1日早上6时。

随着地球自转,在A小岛西侧,第二个小岛将迎来日出,然后是第三个、第四个……

与此同时,A岛东侧离它最近的某个小岛,我们且称为B岛,却一直没有等到日出。直至地球自转完一周,地球上的最后一个角落,也就是B岛,终于迎来它生涯的第一束阳光。

B岛日出了,它的当地时间被记为1月1日早上6时。

而此时的A岛,已经度过一个昼夜,时间是1月2日早上6时。

不过,在现实世界中,阳光几乎会同时照在B岛和A岛上,所以它们都是早上6点,时间却相差了一天。

地球上不同地方的最大时差,就是地球自转一周的时间。距离相邻的A、B两岛,就被人为选中,承受了这个最大时差。

横亘在A、B两岛之间的,就是这条无形的国际日期变更线。

还是以A、B小岛的例子来说,在实际时区与经纬系统中,B岛在西十二区,A岛在东十二区,东西十二区重合,两岛中间有条经线,即180°经线。

180°经线,理论上应该是国际日期变更线。

180°经线与实际上的国际日期变更线。

但实际的国际日期变更线却并不是笔直地沿着180°经线画的。

这是为什么呢?

< 02 > 国际日期变更线为何是弯曲的?

原因很简单。

我们看地图,由北到南,国际日期变更线第一个偏离180°经线、出现大转折的地方在俄罗斯东部与美国阿拉斯加州之间。

绕道白令海峡,以及阿拉斯加州西南部群岛西侧的国际日期变更线。

如果完全以180°经线划分日界线,那这条线正好可能经过俄罗斯东部的某个小镇。

也许小镇上的某个人早上起床,是星期五上午8点,他去马路对面吃了个早饭,抬头看了一眼早餐店内的钟表:星期四上午8点半。

为了避免这种混乱与不便,这条人为假想划定的日界限就进一步做了调整:日界线向东偏离,将俄罗斯领土与美国领土分开——俄罗斯东部可以与美国时间不同,但不能与街坊邻居时间不同。

这条线遇到的第二个大的转折点,是美国阿拉斯加州西南部的岛屿。这片岛屿的触须很长,向西越过了180°经线,所以国际日期变更线只好向西偏离。

日界线在太平洋南部的转折点就更有趣了。

南太平洋有众多岛屿国家,为了统一日期方便生活,国际日期变更线在这里照例也得转向。

不过,这个转向可能随时都会变化。

比如,萨摩亚,一个位于太平洋南部的国家。

2011年12月29日,萨摩耶突然宣布要在第二天改变他们旁边的国际日期变更线。

当时,萨摩亚位于日界线东侧,时间是12月29日,西侧的时间则是12月30日。当它第二天正式更改时间、进入日界线西侧的时候,日期直接变成了12月31日。

位于南太平洋的萨摩亚,及萨摩亚周围曲折的国际日期变更线。

对于当时的萨摩亚居民来说,他们没有了12月30日这个日期。

这是被日界线「偷走」的一天。

如果正好有萨摩亚人出生在12月30日,这一年可就倒霉了,没法过生日。

萨摩亚为什么突发奇想要变更日期呢?

其实也很简单,萨摩亚要与东时区的国家保持一致,比如中国、澳大利亚等,它要与这些国家做贸易,不在同一天,时间计算确实不便。

但这并不是萨摩亚第一次变更时间。

早在1892年7月4日,萨摩亚就把自己搞到了日界线东侧,过了两天7月4日。那次更改的原因,也是为了贸易,萨摩亚要和位于它东侧的美洲做交易。

总的来说,人们将日界线定在180°经线附近,本就是因为这条线跨越浩瀚的太平洋,陆地少,鲜有人居住,这样能最大限度降低日期变更给人们带来的不便。

但还是有部分地区受到了这条线的影响,所以人们只好将日界线部分偏离180°经线,最终形成曲折的国际日期变更线。

< 03 > 时区系统背后的英法恩怨

国际日期变更线与时区系统,可以说是全球化的产物。

因为在全球互动出现之前,这条假想线本不必需要。

16世纪以来,大航海时代开启,全球贸易逐渐加强,到了19世纪,世界已连成一个整体。

在这种背景下,1884年,41个国家在华盛顿举行了一场国际经度会议,正是在这次会议上,人们制定了含有二十四个时区和国际日期变更线的「时区系统」。

但制定过程并不顺利。

时区系统是与地球经度紧紧绑定在一起的。早在16世纪初,欧洲天文学家和数学家就开始痴痴追求着地球经度的测量。那时人们还无法在航海中确定经度,常常导致航海事故的发生。

相对于经度,纬度的计算是比较简单的。纬度只需要参照太阳的高度等即可计算,人们很早就掌握了纬度的测量方法;但由于地球自转的原因,人们很难直接通过观察天体来测量经度。

经度问题不解决,人类在航海中就无法准确定位,危险就一日不会消除。

为测量经度,当时的科学家主要想出两种办法,一种是「月距法」,一种是「钟表法」。

简单说来,月距法就是根据观察月亮的运动轨迹,来计算出地球各个地方的经度。但这种方法需要长时间、大量的数据观测,也需要十分庞大且复杂的计算过程,甚至是几代人才能完成的一项工程。

月距法示意图。

牛顿就曾参与进月距法的科学进程中,但至死也没有得到最终的答案。

钟表法在工程量上较月距法要轻。

这种方法就是制造一块精密的钟表,然后带到世界各地,利用钟表与各地实际时间的时差,来计算出当地所处的经度。

在现代人看来,钟表法确实比较简便。

但当时的人却不这样认为,因为那时的人们还造不出这么精密的钟表。当时的机械钟,经过航海的颠簸、空气湿度与温度的变化等,会出现很大的误差。

当时的人们,还没有彻底领悟到科学技术的发展会有多迅猛,所以很多人认为造出这样一块钟表是遥遥无期。并且,人造的机械时钟怎么能和大自然的天体时钟相媲美呢?

于是,科学家们分成了两派,一派支持月距法,一派支持钟表法。

当时,欧洲国家为了彻底解决航海问题,也纷纷出资,以国家的力量来召集科学家,解决经度测量难题。

法国与英国便是其中两个重要国家。而这场经度测量的科学赛跑,也使英法两国结下了一个恩怨。

1666年,法国国王路易十四与大臣让·科尔伯特成立了法国皇家科学院,并于次年建立巴黎天文台。

法国汇集了欧洲很多著名的科学家,幻想能率先解决经度问题,并以巴黎天文台的位置设置本初子午线,即0°经线。

建立于1667年的巴黎天文台。

法国最初以月距法为攻克手段,但碰壁后即转向了伽利略曾经提出的木星卫星观测法。

法国取得了一定程度的成功,并根据对木星卫星的观测,确定了欧洲地区的经度,重新绘制了一版新的欧洲地图。

但这种难度较高的方法并不能直接运用到航海中,船员们在茫茫大海中依旧不能定位自己的位置,保障船队的安全。

1675年,英国也在伦敦附近的格林尼治建立了一座格林尼治天文台。

建立于1675年的格林尼治天文台。

格林尼治天文台的第二任台长,就是大名鼎鼎的预测了哈雷彗星的埃德蒙多·哈雷(Edmond Halley)。

但经过几个国家几代人的努力,不管是月距法还是钟表法,或者其他方法,都没有彻底解决经度问题。

直到18世纪初,一个叫做约翰·哈里森(John Harrison)的英国木匠、钟表匠出现了。

< 04 > 时区系统的最终确定

年轻的哈里森找到哈雷,说他能制作出一台精密的钟表。

在哈雷等人的帮助下,哈里森得到一笔资金,并于1735年制造出他的第一台用于经度测量的钟表。

这台钟表很成功。在此基础上,哈里森不断改进,反复做了多台钟表,直至1759年,最终做出一台更为精密完美的钟表。

哈里森于1735年制造的第一台航海钟,命名为H1,现藏于格林尼治皇家博物馆。

眼看着经度问题就要解决了。

法国急眼了,要掏钱买走哈里森的技术,但哈里森拒绝了。

英国的一些科学家也急眼了,比如英国皇家天文学家马斯基林(Nevil Maskelyne),他是月距法的忠实拥护者。

马斯基林同时也是负责评审哈里森钟表法的负责人之一。

但最终,哈里森还是取得了成功,并拿到了英国的国家奖金。而马斯基林也没有放弃月距法,他几乎在同时将将月距法应用在航海中。

美国科普作家戴瓦·索贝尔,于1996年出版《经度》一书,详细记录了哈里森等人解决经度难题的科学历程。

不管是月距法还是钟表法,都是英国胜了。

英国胜了,格林尼治天文台闻名天下。

英国以经过格林尼治天文台的经线为本初子午线(0°经线),以格林尼治天文台的时间为世界标准时间,以此应用到全球航海中,并以此计算世界各地的经度与时间。

直至今日,格林尼治时间仍被规定为世界标准时间。

穿过伦敦格林尼治天文台的本初子午线。

法国这边,一直不服气。

在1884年国际经度会议上,人们按照当时世界实际的使用情况,确定经过格林尼治天文台的经线为本初子午线,就遭到了法国的反对。

会议结束后,法国仍固执地以巴黎天文台为本初子午线计算时间与经度。

但在全球化日益增进的时代,世界不可能出现两个时间系统,船员们都使用着来自英国的科学成果与计算数据。

法国最终不得不屈服,整个世界都逐渐融入到1884年制定的时区系统当中。

但英法两国的恩怨到此并没有完全结束。

到了20世纪末,GPS定位技术进入到人类生活,月距法与钟表法都失去了现实应用的地位。

另外,人们又发明了原子钟,以铯-133等元素的原子振荡频率来精确计算时间。

由原子钟得来的时间被称作原子时间,误差极小,千万年仅一秒。

但问题在于,由于地球自转速度变慢,格林尼治时间也不得不发生改变。这就造成了原子时间与格林尼治时间的不统一。

为了使二者达到统一一致,原子时间出现了「闰秒」的操作,就是每隔几年,让原子时间在某一分钟走上61秒,「等」一下格林尼治时间。这和我们常用的「闰月」有相通之处。

这时,有人就提出,「闰秒」的操作实在太多余了,干脆废除格林尼治时间,以原子时间为世界标准时间。

有很多国家支持这一提议。法国也在其中,似乎是在复「世纪之仇」。

而英国却坚持继续使用格林尼治时间。

这次较量,英法谁能胜出?

其实,时间设定本就是为了便利人们的生活,采用哪种时间为标准时间,最根本的还是要看这一设定标准对人们的实际效用如何。

在这一层面上,法国与英国的争端并不重要,因为世界会自然地接受那个最符合人类生活的时间标准。

时间,才是最后的胜负裁定者。■

参考资料

袁越. 经度之战. 中国青年报,2007.

[美]戴瓦·索贝尔. 经度. 海南出版社,2000.

Johnny Harris . the international date line explained. Youtube,2020.

—END—

这条不存在的线决定了我们的时间

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