時間的范圍有多大？

文李孝輝 劉 婭

自然界是形形色色的，每個事件都有其持續(xù)的時間，不同事件持續(xù)時間的跨度差別極大。有些壽命極長，如天體的年齡以數(shù)百億年計，組成原子的質(zhì)子壽命更長，甚至超過1028秒；有些壽命則極短，例如Z 粒子的壽命只有10-25秒。

“時間”的范圍非常大，最大值和最小值之間相差超過1053倍。1053有多大？從以下兩個例子就可以看出來：

一粒米只有1 毫米大小，1053粒米放在一起，組成的球比太陽系都要大！有成語說輕如鴻毛，鴻毛再輕也有質(zhì)量，如果鴻毛的質(zhì)量是0.001 克，1053根鴻毛集中在一起，不但比地球重得多，甚至比1 億億個太陽還要重！從這些例子里，對最大時間和最小時間的差別，可以窺知一二。

這么大的時間和如此小的時間是怎么測量出來的呢？科學(xué)家自有辦法。

測量天體的年齡，要先測量天體能量的損耗速度和該天體的質(zhì)量，然后根據(jù)質(zhì)量和能量轉(zhuǎn)換關(guān)系估算天體的壽命。這和吃餃子有點像，一盤10 個餃子，一分鐘吃一個，我們只要數(shù)一下剩幾個就知道過了幾分鐘，天文學(xué)家可以測量數(shù)百萬年到數(shù)百億年之間的時間間隔。

測量地球的年齡、巖石的形成時間，一般采用放射性元素衰變法，并由此形成了一個專門的學(xué)科——地質(zhì)紀(jì)年學(xué)。放射性元素的衰變速度是恒定的，在巖石中測量放射性元素已經(jīng)衰變的質(zhì)量和沒有衰變的質(zhì)量，兩者相比就可以確定巖石的年齡。用這種方法估算出地球年齡大概是45 億年。

測量古生物的時代，利用的是古生物的生理節(jié)律。例如，古動物生活時期所處環(huán)境影響到古動物的生理特征，這些生理特征會影響到古動物的生長節(jié)律，也就會在骨骼、貝殼等的外部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)上鑄成各種花紋和圖樣，這些花紋和圖樣是古生物生理節(jié)律的記錄。當(dāng)研究了古生物化石上反映的生理節(jié)律以后，對照現(xiàn)代同一生物的生理節(jié)律，并與現(xiàn)代計時方法比較，便能推斷古生物時代的時間記錄，這就是古生物時鐘。古生物時鐘證實了地球速率長期變慢的論斷。

日、月、年、世紀(jì)的測量屬于天文學(xué)歷法的范疇。歷法實質(zhì)上是根據(jù)地球繞日公轉(zhuǎn)周期和地球繞軸自轉(zhuǎn)周期來測量時間的，這兩種運動反映了地球上四季和晝夜的交替，其規(guī)律與人類活動密切相關(guān)。但由于這兩種運動沒有成整倍數(shù)關(guān)系，如何照顧四季和晝夜這兩種現(xiàn)象，便構(gòu)成了編制歷法的基本任務(wù)。

現(xiàn)代時間測量，并不是指上述的廣義時間測量，而是指小于天的時間間隔測量，對于一些專業(yè)天文臺和物理實驗室，時間測量的概念是秒以下時間間隔的測量。目前，這些實驗室能直接測量的最高精度大約在飛秒量級。