从抽象到具象：关于时间单位的历史演变

◇刘爱东

从抽象到具象：关于时间单位的历史演变

◇刘爱东

每时每刻，我们都走在时间的刻度上。然而，你是否知道，时间单位是所有度量衡单位中，唯一缺乏系统化前缀的单位制，即便是科学家，也无法马上说出一个季度有多少秒，一年有多少分或十五年有多少天……从远古时代看不见、摸不着却时刻感觉到的流淌远去的时间，到如今借助计时工具细致入微计量、使用的时间，形成较为完善的时间体系，其间走过了怎样一段不平凡的时间之旅啊！

一 最早被发现定义的时间单位：日

远古时代，太阳是人类认识时间的第一个标志物，我国先秦时代的《击壤歌》中有“日出而作，日入而息”，人们以太阳的升和落作为一天劳作和休息的标志。因此，日就成了最早的计时单位。公元238年，拉丁语作者岑索里努斯（Censorinus）把与夜晚相反的白昼称为民用日（后称为人工日），而把地球本身自转一周的时间，即一个白昼加一个黑夜称为自然日。原则上，自然日作为连续流逝的时间的一个部分，可以在任何时候开始。遵循古罗马人的做法，现代西方和中国都把由法律或习惯规定的特定时间点——子夜作为一天的开始。

二 日细致分化而成较小的时间单位

从纬度上看，大多数地方一年里的昼和夜有长短变化（当一个变长时，另一个变短），但如果把昼和夜结合起来，一天的持续时间近乎固定。于是，随着认识的深入，古人以日为基本计时单位，再对白天和黑夜进行细分，建立小于日的人为时间单位。古埃及人把昼和夜又各自分为12小时，这样，同样的 1小时，会随着白昼和夜晚的不同以及时令的变化，长度也随之产生变化。后来，为了计量方便，天文学家们把自然日分为相等的24小时 (从正午起计量)，也称昼夜平分时，这比从日出或日落计量时间方便多了。人们便开始采用从正午起计量两个12小时的计时方法，而政府部门和军队则把这一明确的计量体系作为规范一直沿用至今，亦即12时计时法和24时计时法。

时间无始无终，但它是不可见的，只能根据工具上的刻度变化来感知其存在，因此，它是一种工具量。远古时代，人们以在木棍和骨头上刻标记、打绳结等方式来计时，继而，又通过天体星相的变化和人们的生活习俗去刻画时间。在中国古代，时间计量自成体系，成就斐然，其中，百刻计时法最为古老，使用的时间也最长。大约公元前11世纪（西周），古人把一昼夜均分为100刻，如许慎在《说文解字》中所言：“漏以铜壶盛水，刻节，昼夜百刻。”漏刻、日晷、圭表、沙漏、机械计时器等，是古人通过等间距标注时刻，并用来计量时刻的常用器具。公元前102年,汉武帝为了规范统一历法，明确规定采用十二时辰制度。十二时辰制度，就是把一个昼夜均分成12个时间段，每个时间段分别用子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥这十二地支中的一个来表示，每天夜晚11时整到第二天凌晨1时整为子时，以此类推。百刻制与十二时辰制并存使用，彼此不能取代，这就涉及相互配合的问题。但又因100不是12的整数倍，所以人们尝试把1昼夜改成120刻、108刻或96刻，可都没坚持下来。直到明末清初，欧洲的天文学知识、时间制度和钟表传入中国，为和十二时辰制及24时计时法相一致，正式确定一昼夜为96刻，即1个时辰等于8刻，1小时等于4刻，1刻等于15分。

小时与分、分与秒之间的六十进制起源于古巴比伦，其称谓当是移植于天文学弧度体系中的分和秒。在1967年10月举行的第十三届国际计量大会上，科学家们对秒作出了更为规范的规定：当原子量为133的铯原子处在基态中时，核自旋由一种自旋方向转变为另一种自旋方向时，原子能量发生变化，其所对应的电磁波周期的9192631770倍的时间间隔规定为一个原子时秒。国际单位制中的秒长就是按照上述规定在海平面上得到的。

三 日累积叠加而成较大的时间单位

比日短的时间单位都取决于日，这不会有任何问题。然而对于长的时间间隔来说，仅仅用日就不方便了，于是在计量时间上又有了星期、旬、月、季度、年、世纪等单位。

星期就是星的日期，又称礼拜或周，起源于古巴比伦历法。公元前7世纪至公元前6世纪，古巴比伦人把一个月分为4周，每周有7天。他们建造七星坛祭祀星神。七星坛分7层，从上到下供奉着日、月、火、水、木、金、土7个神，他们每周各主管一天。在中国，大约在公元8世纪时，随着基督教传入中国，便有了礼拜的称谓，中华民国成立后正式改称星期。周的说法跟月亮的周期有关，因为7天大约是月相变化一个周期所用时间的四分之一。旬，则是中国土生土长的时间单位，中国古代使用天干纪日，每十日周而复始，于是从夏朝开始就专门用一个 “旬”字来表示。一个月中第一、第二个十天分别为上旬和中旬，余下的天数为下旬。

自从用太阳支配了日的单位之后，就很自然地要用另一个最显眼的天体月球来作为另一个计时单位——月相周期。一个朔望月（太阴月）周期就是月亮绕地球公转一周的时间，即新月至下一个新月（在西藏和印度北部按满月至下一个满月）的时间间隔，平均长度为29日12时44分2.8秒。据出土文物研究推断，旧石器时代早期农业社会中的人们，在栽种作物时就已经发现，播种需要跟随季节性的冷热等变化规律进行，否则容易造成灾荒。如果作物在一年的某一特定时候栽种，需要经过12个月以后才能再次栽种，进而得出季节大约历时12个月完成一个循环，不同季节（在地球的不同区域，日历反映出不同的季节数——埃及有三个季节，巴比伦有两个季节，希腊有四个季节）的循环称为年。但准确掌握月份仍然是一项富有技巧的工作，人们迫切需要推算出年、月、日的长度和它们之间的关系，制订时间顺序的法则，即历法，由此产生了阴历（太阴历）、农历（阴阳历）和公历（太阳历）。

12个太阴月组成一个太阴年，用太阴年计量时间的历法叫作太阴历。当今，唯一应用严格太阴历的是伊斯兰教徒，每个伊斯兰教年由12个月组成，每个月通常由29日和30日交替组成，这种月平均为29.5日，一个太阴年为354日，而12个月的实际时间为354.37日，因此，伊斯兰教徒需要在30个太阴年中插入多出来的11日。其实，早在古巴比伦时期的天文学家就已经注意到，太阳的运动是以恒星为背景的，太阳在天上走过的完整一圈跟完整的季节循环密切相配合，大约要365日。太阴年比季节循环要短大约 11日，3个太阴年就落后季节循环后面33日，整整1个月还多一点，为了要把多余的日数消除，使历法和季节变化合拍，每隔3年就要加1个月，这就是闰月，有闰月的一年也叫闰年。这种基于太阴月，又考虑到同太阳保持一致的历法是一种阴阳历，由于其与农时相符，所以也称农历。

现在的公历（太阳历）是从埃及继承过来的，埃及并不怎么重视季节，一年里的大事是尼罗河的泛滥，平均每365日发生一次。公元前2781年前，他们就已经丢弃了月历纪年，而是采用了长度固定的365日为一年的太阳历。不过，太阳历保持了12个月的传统，因为年的长度是固定的，所以月的长度也是固定的，每月为30日。这意味着，太阳历中的月只是沿用了太阴历中的月的叫法，它跟太阴历中的月没有任何关系。在每月30日的12个月之后，紧随着5个闰日，埃及人称为“年尾的赘日”，然而，太阳年并不是精确的365日，1回归年（这是太阳在天球上沿黄道从某一标点再回到同一标点所经历的时间周期，即地球绕太阳公转一周的时间）是365.24220日，相当于365日5小时48分46秒。也就是说，每一个365日的埃及年落后于太阳年约四分之一日。

与此同时，罗马共和国采用的是阴阳历。因为当时认为奇数是吉祥数字，所以取平年为365日。出于同样原因，只有2月份是28日，其他月份不是31日，就是29日。到了公元前46年，罗马历落后于太阳历80日。当时的执政者儒 略·恺撒 （GaiusJulius Caesar）参照相对先进的埃及太阳历，于公元前45年实施新的历法，使历法同太阳历一致了起来，史称儒略历。因为恺撒的生日是7月，所以儒略历规定：包含7月在内的单数月为大月，是31日；双数月为小月，是30日。这样一来，一年共366日，称为闰年。平年要少一天，按照当时罗马风俗，2月份是处决人犯的月份，被看成是不祥之月，于是就从2月中扣除，2月份变成了29天。公元8年，当时的罗马皇帝奥古斯都，为了表示他与恺撒的功勋一样伟大，他将自己出生的月份——8月定为大月31天，多出的那天从2月里扣除，平年2月份就只有28天了。而8月以后的大、小月全都反过来，9月和11月变成30天，10月和12月变成了31天。导致今天公历出现不规则的现象。

事实上，1儒略年比1回归年平均还要长11分14秒，这看起来并不多，但意味着，儒略年在400年时间里又要超过回归年3天多。随着儒略年的超前，落在后面的春分点，年复一年地越来越早，及至1582年，儒略历的春分点变成了3月11日。教皇格里高利十三世采取行动，把1582年10月5日改为10月15日，略去10日，使历法跟太阳历相同，并让1583年的春分点再次回到了3月21日。为防止历法日后再生差异，每400年中有4个逢百之年，只使其中可被400整除的年份列为闰年，其余3个年份列为普通年，这种安排使历年更密切地跟太阳历匹配，从而为我们提供了格里历。虽然这不是最精确的修正（格里历在3400年里将要超过太阳年一整天，大约到公元5000年时，将不得不考虑略去一个额外的闰年），却是最方便的，它远比采用其他周期更容易实施。这些规定一直沿用到现在。

除此以外，还有一些更大的人为规定的时间单位，如年代、世纪、千年、银河年，和更小的时间单位，如毫秒、微秒等。总之，时间单位的发展史，也是人类对于时间单位认识不断精准的发展史，是将科学与人为规定不断融合的发展史，充满了人类的智慧与艰辛探索的印痕。

[1][美]I.阿西莫夫数的趣谈[M].洪丕柱，周昌忠，译.上海：上海科学技术出版社.1983.

[2]LeofrancHolford-Strevens.时间的历史[M].萧耐园，译.北京：外语教学与研究出版社，2007.

[3]江晓原.科学史十五讲[M].北京：北京大学出版社，2006.

【本文系江苏省教育科学“十二五”规划重点资助课题“数学史视野下的小学数学教学的案例研究”（批准号：B-a/2013/ 02/002）的研究成果之一。】

（作者单位：江苏启东实验小学）