2026年9月16日下午，王义遒教授在北大力学与工程科学系做了一个题为《时间是怎么量度的》的报告。听讲座的有大、中、小学生，还有学界的一众名人。

王义遒先生是我国著名的物理学家，曾任北大常务副校长。他以研究制成我国第一台原子钟，后来又主持批量生产而著名。他曾任我国星载原子钟技术管理组首席专家，为我国时频体系建设作出了重要贡献。2019年获全国时间频率领域终身成就奖。

王义遒先生以九十四高龄做科普讲座，内容深入浅出，提到了很多平常不知道的关于时间的知识，充分论证了时间量度的重要性。

我与会聆听了讲座，但由于我不是物理出身的，大学学过普通物理也大半忘却了，再加上王义遒先生是浙江人，我这个北方人不大听得懂浙江口音，更加我自己年龄大了也有点耳背。所以对王义遒先生的精彩报告，当时只能领略一二。

为了更多地领会王义遒先生的报告，我只好向王义遒先生要了他讲座的PPT进行学习，并加以思索。

现在就把学习和思索的结果简要地写在下面。

01什么是时间

人类从远古就认识到万物皆变化的。古希腊人赫拉克利特说：“人不能两次进入同一条河里。”极言变化之快、变化之普遍。

既然万物都在变化，是不是就不可认识了呢？

有办法，这就是在万物中寻找一种变化更有规律的运动。把它作为标准，来度量其他运动的变化。这种有规律的运动最好是等周期运动，找到的这种有规律的运动就是时间概念的起源。

人类最早找到的最重要的等周期运动，就是昼夜的变化。后来发现这是与地球的自转相联系的。等周期地积日为月、积月为年，以年月记载所发生变化的事情，积起来，就是历史。

02时间标准

几千年来，人类取作时间标准的只有两样运动，那就是地球的自转与公转。后来逐渐精确量测，认识到：

地球自转一周是24小时=86400秒。（最初秒就是这样定义的！）

地球公转一年即一个恒星年约为‌31558150秒‌。它等于365日6时9分10秒，是天文学上地球绕太阳公转一周的真正周期。

‌‌有了时间的标准，后来不管是1984年世界约定以太阳经格林威治子午线为作为标准，作为每日时间的起点，把耶稣诞辰作为纪年的起点，把地球分为24个时区，以及约定换日线，还有各种不同的历法，如阳历、阴历、回历、儒略历等，都是在对时间标准共同认识之下的为了方便计时的一些措施，都是人为的约定。

后来人类又发明了日晷、漏壶、摆钟、电子表等量测时间的工具。它们都不能作为时间的标准，它们还得不断与地球的自转和公转来校对，来对准。所以它们只能作为次级标准。它们的作用是把年、月、日的时间，以相等的分割把时间划分得更小。给人们带来更多的方便。

03原子钟

1955年在英国研制成首台铯元素原子钟。原子钟几经改进后，1967年第13届国际计量大会正式将秒定义为铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应辐射的9,192,631,770个周期的持续时间。这就是代替原先以地球运动作为时间标准的新的时间标准，也就是定义了秒的新的含义。

这里铯-133是指铯元素的约40种同位素中原子量为133的那种，它是铯同位素中唯一稳定的。铯的原子序数是55，那么铯-133原子包含的中子数为133-55=78个。

铯原子包含的质子数就是它的元素的序数55，质子是带正电的，所以它一定有同样多带负电的电子，分布在原子核外的8个能级的位置上，而且由于电子的自旋不同，还有许多精细能级之分。电子受外部电场、磁场、温度的变化会引起电子，主要是外层电子从它原来的能级，跃迁到别的能级、从一个精细能级跳到另一个精细能级的跃迁，会发出或吸收一定波长的电磁波。由于电子和它们的精细能级有很多，能级的跃迁也会很多，所以铯元素的能级跃迁会发出或吸收许多不同波长的电磁波。而制作铯原子钟，就是要制造使它跃迁的条件，并从众多的跃迁引起的波长中检测出、提取和增强所需要的那种的电磁波，并且使它稳定。

直到20世纪60年代实用的原子钟问世以前，没有任何计时器敢对地球自转和公转这两种时间标准的精度说三道四。

有了原子钟，就能够讲清楚地球自转和公转的精确程度。下面是地球自转、公转和原子钟的精确度对比。

地球自转-精度为10-8，误差为每天变慢约1毫秒（1毫秒为千分之一秒）。

地球绕太阳公转-精度为10-9，误差为每天0.1毫秒,约合每30年变慢1秒。

原子时-精度为10-16，误差是每天0.01纳秒,约合3亿年1秒（1纳秒是10-9秒）。

原子钟比地球运动的时间标准精确了六七个数量级。人类第一次通过直接测量认识到地球自转和公转都在变慢，尽管很微小，但在近代技术中是不可忽略的。所以采用原子钟为新的时间标准，以取代原来地球运动的时间标准。

04光钟

铯频标利用铯-133原子基态超精细能级跃迁信号控制晶体振荡器制成，跃迁频率精确为9,192,631,770 Hz。后来还采用铷、氢等元素，做原子钟。但大致精度都在10-16范围左右，所利用的原子能量跃迁的频率也都在微波的范围内。

人们把300 MHz至300 GHz（即0.3 GHz至300 GHz），对应波长约1米到1毫米的电磁波，称为微波。人们通常应用的无线电通讯和广播都是在微波段。由于人们对微波段的研究比较早，在上世纪六十年代它的技术就比较成熟，所以最早的原子钟也是利用原子的微波段的跃迁。

后来人们想法利用原子钟在光波段的跃迁，制作原子钟，这被称为光钟。

光波段的频率范围约为4×10¹⁴Hz至7.9×10¹⁴Hz（380 THz至790 THz），对应波长约380纳米到750纳米。

光钟比原子钟的精度大为提高。如果说原子钟的精度是10-16，那么光钟的精度可以达到10-19。比原子钟精度提高了三个数量级。即亿亿年不差一秒！

所以，2022年，第27届国际计量大会正式决议将在2030年完成“秒”的重新定义，要求的条件是，至少有3个实验室的光钟不确定度优于2×10-18并通过光学链路实现彼此的比对。

值得庆幸的是，我国的光钟研究已经处于世界前列。

结语

时间，特别是有一个公共认可而又有一定精度的计时设备。对于现代人的生活几乎是不能离开的。

人人都有对好时间的表，准时上课、开会、开饭、火车飞机轮船的开始运行和停止才有意义。否则会天下大乱！

1983年，第17届国际计量大会将1米定义为光在真空中于1/299792458秒时间间隔内所经路段的长度。啊！距离和长度也要经过时间来量度。

时间的误差就会引起长度测量的误差。1纳秒的时间误差就会引起大约0.2米的长度误差。

我们今天享受着的北斗导航（至2024年共发射60颗人造卫星，其中有些是备用的）、GPS导航(至2026年运行的人造卫星为32颗），都是基于人造卫星之间精确到近于纳米级的相互时间校对和信息传输才能实现的。还要有卫星上的原子钟统一计量时间。

一个国家要有一个授时中心，每时每刻向全国发布标准时间。有了授时中心，无论是在昆仑山的哨所，还是在东海的渔船上，都能随时获得准确的时间。我们手机上的时间总是准确的，就是国家授时中心授时的结果。

我国建立授时中心，开始于上世纪六十年代，那时西安临潼授时中心的第一批工作人员，就在我们当年的北大汉中分校，在王义遒老师的领导下进行培训。那时北大无线电系、力学专业和技术物理系一起在汉中分校。想到这一点，再加回忆他在研制我国第一台原子钟和对精密测量时间的系统贡献，不能不对王义遒老师升起由衷的敬佩！

2026年9月24日