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 。
【宇宙|时间从何而来？】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 。
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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 。 ”
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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” 。
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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 。
来源：中国科学院国家天文台
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