时间的范围有多大？

李孝辉　刘娅

自然界是形形色色的，每个事件都有其持续的时间，不同事件持续时间的跨度差别极大。有些寿命极长，如天体的年龄以数百亿年计，组成原子的质子寿命更长，甚至超过1028秒;有些寿命则极短，例如Z粒子的寿命只有10-25秒。

“时间”的范围非常大，最大值和最小值之间相差超过1053倍。1053有多大？从以下两个例子就可以看出来：

一粒米只有1毫米大小，1053粒米放在一起，组成的球比太阳系都要大！有成语说轻如鸿毛，鸿毛再轻也有质量，如果鸿毛的质量是0.001克，1053根鸿毛集中在一起，不但比地球重得多，甚至比1亿亿个太阳还要重！从这些例子里，对最大时间和最小时间的差别，可以窥知一二。

这么大的时间和如此小的时间是怎么测量出来的呢？科學家自有办法。

测量天体的年龄，要先测量天体能量的损耗速度和该天体的质量，然后根据质量和能量转换关系估算天体的寿命。这和吃饺子有点像，一盘10个饺子，一分钟吃一个，我们只要数一下剩几个就知道过了几分钟，天文学家可以测量数百万年到数百亿年之间的时间间隔。

测量地球的年龄、岩石的形成时间，一般采用放射性元素衰变法，并由此形成了一个专门的学科——地质纪年学。放射性元素的衰变速度是恒定的，在岩石中测量放射性元素已经衰变的质量和没有衰变的质量，两者相比就可以确定岩石的年龄。用这种方法估算出地球年龄大概是45亿年。

测量古生物的时代，利用的是古生物的生理节律。例如，古动物生活时期所处环境影响到古动物的生理特征，这些生理特征会影响到古动物的生长节律，也就会在骨骼、贝壳等的外部形态和内部结构上铸成各种花纹和图样，这些花纹和图样是古生物生理节律的记录。当研究了古生物化石上反映的生理节律以后，对照现代同一生物的生理节律，并与现代计时方法比较，便能推断古生物时代的时间记录，这就是古生物时钟。古生物时钟证实了地球速率长期变慢的论断。

日、月、年、世纪的测量属于天文学历法的范畴。历法实质上是根据地球绕日公转周期和地球绕轴自转周期来测量时间的，这两种运动反映了地球上四季和昼夜的交替，其规律与人类活动密切相关。但由于这两种运动没有成整倍数关系，如何照顾四季和昼夜这两种现象，便构成了编制历法的基本任务。

现代时间测量，并不是指上述的广义时间测量，而是指小于天的时间间隔测量，对于一些专业天文台和物理实验室，时间测量的概念是秒以下时间间隔的测量。目前，这些实验室能直接测量的最高精度大约在飞秒量级。

（选自2021年2月18日中国科学院国家天文台微信公众号，本刊有删改）