上下四方曰宇,古往今来曰宙。请随我们进入“时间”的故事。

　　时间是什么？时间从何而来？

　　这是很多人都在思索的问题，也有很多人对时间表示疑惑，不知道为什么会有时间。在科学和技术上，时间的概念非常明确，就是人们为了分辨事件先后顺序而设定的一个坐标。这个问题的解释要从宇宙的起源开始。

　　宇宙大爆炸

　　宇宙创生之前，没有空间也没有时间，只是一个“点”。这个“点”的体积无限的小，但质量非常大，引力也异常的大，以至于连光线都被吸在里面发不出来。人们目前所知道的物理定理在这里都是失效的，我们把这个“点”叫做奇点。 奇点静静的漂浮在那里，没有人知道它为什么在那，也没有人知道它要干什么。 突然，“砰”的一声，奇点爆炸了，这下可热闹了！原子核、电子等形成物质的各种基本粒子，一个接一个的产生了。这些粒子相互碰撞、相互结合、相互分离，慢慢的产生了各种物质。随后，我们现在看到的星系也逐渐产生了。由于爆炸的冲击，这些星系一个接一个的远离爆炸的中心。

图1. 奇点大爆炸（图源：作者） 这个过程，就好似推翻的多米诺骨牌一样的连锁反应，一个事件导致另一个事件发生，然后慢慢的，就形成了我们的这个宇宙。

　　“时间”的提出与定义

　　在宇宙演化一百三十多亿年后，产生了人类。从此，这个宇宙就不平静了。有一天，两个人遇到并激烈的争论起来，因为有一件事，他们统一不了意见。一个人说：“是这朵黄色的花先开的，那天我打死了一只野猪。” 另一个说：“是这朵红色的花先开的，那时候我正在这朵花旁挖地。”

图2. 提出“时间”的原因是比较先后顺序（图源：作者）

　　他们争论了好久都没能统一，只好去找族长，看族长有没有什么办法分出先后。族长听了沉默不语，仰头看着天空，静静的想了好半天，语重心长地说：“出现这个问题也不奇怪，那是因为我们没有定义出时间。如果有了时间，我们只需要说出每件事发生的时间坐标，就可以比较它们发生的先后顺序了。” “那么，族长，我们为什么不创造“时间”呢？” “是呀！人类需要一个时间。”

　　1、时间的性质族长开始忙碌起来，他要创造时间！族长集中了部落里的几十位先知，成立了一个时间局。经过他们绞尽脑汁的思索与冗长的讨论后，给出了时间的三条性质：

　　第一条：时间的作用是打标记。制定时间是为了要干什么？就是为了给一个事件打标记。通过比较两个事件的时间标记，就可以知道事情发生的先后顺序。 第二条：时间要被大家所承认。首先，我们部落内部的活动，大家要使用同一个时间标准。如果不使用同一个时间标准，譬如张三和李四，那么他两人对同一个事件的标记就无法进行比较，如此就失去了时间的意义。

　　其次，等将来我们几个部落之间有相互交流的话，部落相互之间使用的时间，也要一致！这样，部落之间才有对事件进行比较的可能。等将来部落扩展到全球，那就要统一全球的时间标准。 第三条：时间要能测量。我们制定一个“时间”，想让大家都能用上，那就需要大家都可以测量到它。如果人们测量不到，那又怎么能够用呢！

　　2、时间的要素把时间的性质搞清楚后，时间局的任务马上就能完成了。他们很容易就确定了创造时间的方法：选一个起点，再选一个周期现象，对这个周期现象进行累计，这就是“时间”。

图3. 时间具有两个要素（图源：作者）

　　时间的起点与周期

　　起点的选定比较容易，可以选用某一个伟人的生日，大家后来同意确定使用耶稣的生日。至于周期现象，则让大家费了一番功夫。 树上的年轮一年长一圈，这就是一种周期现象。但大部分人并不同意使用这个周期现象，因为观测这个现象要把树砍断，难度较大。 喇叭花每天早上开放，也是一种周期现象。但冬天就观察不到这个现象了，因为不持久，所以很多人也不同意。 族长家后院有个泉水，常年累月的滴水，一滴一滴的，也是一种周期现象。但由于这个泉水在族长家，其他很多人都观测不到，也被否认了。 最后，大家一致同意，用“日”这个周期现象：太阳升起一次就是过了一天。这种周期现象较为容易观测，也能被大家所接受。这样，时间就产生了！ 人们在非常长的岁月里，都在使用这种由太阳得到的时间标准进行生活。直到科技发展，人们需要更加精准的时间，才转而使用其他的周期现象，使时间的产生更加容易把控，精度更高。

　　结语

　　这就是时间起源的故事。人们定义出一个时间尺度，利用这个尺度作为比较事件发生先后的依据。这个时间尺度可以一直向前推到宇宙大爆炸，向后推到宇宙结束，这就给出了所有计时器具都必须遵守的参考标准。所有的计时器具都按照这个标准进行校准，这就把时间的产生转化为时间的测量。

　　作者简介：李孝辉，中国科学院国家授时中心研究员，博士生导师，国家卫星导航重大专项专家组成员，主要研究时间频率测量、时间同步、卫星导航。陈瑞琼，中国科学院国家授时中心副研究员，博士，主要从事高精度时间频率测量、改进的卫星共视法研究、标准时间频率远程复现等方面的研究工作。