時間的范圍有多大？

李孝輝　劉婭

自然界是形形色色的，每個事件都有其持續的時間，不同事件持續時間的跨度差別極大。有些壽命極長，如天體的年齡以數百億年計，組成原子的質子壽命更長，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，鴻毛再輕也有質量，如果鴻毛的質量是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量，然后根據質量和能量轉換關系估算天體的壽命。這和吃餃子有點像，一盤10個餃子，一分鐘吃一個，我們只要數一下剩幾個就知道過了幾分鐘，天文學家可以測量數百萬年到數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科——地質紀年學。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衰變的質量和沒有衰變的質量，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律。例如，古動物生活時期所處環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律，也就會在骨骼、貝殼等的外部形態和內部結構上鑄成各種花紋和圖樣，這些花紋和圖樣是古生物生理節律的記錄。當研究了古生物化石上反映的生理節律以后，對照現代同一生物的生理節律，并與現代計時方法比較，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、世紀的測量屬于天文學歷法的范疇。歷法實質上是根據地球繞日公轉周期和地球繞軸自轉周期來測量時間的，這兩種運動反映了地球上四季和晝夜的交替，其規律與人類活動密切相關。但由于這兩種運動沒有成整倍數關系，如何照顧四季和晝夜這兩種現象，便構成了編制歷法的基本任務。

現代時間測量，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。

（選自2021年2月18日中國科學院國家天文臺微信公眾號，本刊有刪改）