“现在几点了？”——这是人们最常问的问题之一，也是自人类社会首次尝试给出时间坐标以来的一个令人着迷的话题。今天，让我们一起了解一下国际单位制（SI）中时间的基本单位——“秒”
时间简史
人类探索时间测量已有数千年的历史。昼夜交替、季节轮转是大自然对时间流逝的标记，在整个历史上都具有重要的意义。人类文明中第一个应用天文观测来测量时间的是古埃及人，他们最先使用日晷，将一天划分为若干个可测量的时段。苏美尔人首创一昼夜分为12个时段的方法，大约在公元前3000年他们就已经在使用六十进制来计数了。与十进制用十个手指计数不同，六十进制是用指关节（不包含拇指）来计数，每只手各有12个指关节。数字12的易用性在于，它可以同时被2,3,4和6整除。一天等分为24小时，以及一小时分为60分钟的方法可能来自古巴比伦人，他们还将圆分成360度。公元2世纪，天文学家、地理学家托勒密（居住在亚历山大城的希腊罗马人）引入了纬度和经度的概念，在地图绘制系统中以角度表示。该角度同样又被划分为60等份，每份称为“pars minuta minor”（小的小份 – 角分）。角分又被进一步划分为60等份，每份称“pars minuta secunda”（二阶小份– 角秒）。在公元11世纪初，波斯天文学家阿比鲁尼（Al-Biruni）使用相同的方法来确定月球绕地球公转的周期，以六十进制将小时划分为分钟和秒。
图：古埃及日晷（这是在埃及帝王谷发掘的一尊距今3300余年的日晷。这尊日晷的晷面仅茶盘大小，上面绘有黑色半圆，分为12个刻度，每个刻度间夹角为15度，与现代人使用的半圆仪别无二致。晷面中央上装有一根16厘米长的木棒作为晷针，古埃及人可根据晷针在晷面上的阳光投影确定时间。）
计时的学问 - 从太阳到光钟
人类的时间测量史可追溯至公元前2000年左右。最早的计时器就是日晷，利用太阳下晷针（指时针）的投影方向来测定时间。日晷的设计各不相同，大到宏伟不朽的埃及方尖碑，小到可搬运甚至是便携的袖珍版本。基于太阳的计时器有一些明显的缺点：一是无法在夜间工作，二是建造时需考虑当地的纬度（会影响太阳高度）。水钟是另一种创新方案，利用水流量来测定时间。但水钟也有其缺点，比如需要恒定的水压以保持恒定的流速。
图：古代水钟
13至14世纪，欧洲出现了机械钟，利用了储存在弹簧或重物中的机械能。经过数百年创新改进，机械钟最终在肖特钟（Shortt clock）时达到设计顶峰。肖特钟是最精确的商品摆钟，是20世纪20年代至40年代的最高守时标准。肖特钟使用了两个电耦合钟摆系统（基本摆和辅助摆），并以电磁铁调节辅助时钟。
20世纪30年代，石英钟作为时间标准的时代开始了。石英晶体具有压电效应（piezoelectric），这个英文单词源自希腊语的piezo和ēlektron，piezo指“我挤”，而ēlektron指“琥珀”，是一种古老的电荷源。石英压电效应的反向利用也是现实的：当外加一个电压时，石英将会产生一个频率准确的振动。目前典型的现代石英钟可以达到每天约半秒的准确度，而最精准的石英钟可以达到在20-30年内仅有大约1秒的误差。
随后出现的原子钟取代了石英钟，成为最精准的时间标准。原子钟的概念最早由英国物理学家威廉·汤姆森（开尔文勋爵）于1879年提出，它基于原子的量子现象，在原子内部只允许发生某些特定值的能量阶跃性改变，并随之发出固定频率的电磁辐射。
世界上第一台基于铯133原子跃迁的精确原子钟由英国国家物理研究院（NPL）于1955年建造。铯原子钟目前仍然是最常见的原子钟，频率处于微波频段，比9 GHz略高。正在研发中的光钟，其频率位于在光学波段，理论上讲，它的准确度可以达到约300亿年才减少或增加1秒。
秒的定义
人类历史中，很长一段时间里秒被定义为平太阳日的一小部分，而平均太阳日是由太阳在天空中的位置确定的。1秒精确地等于平太阳日的1/86400。
1956年，国际计量委员会（CIPM）提出了秒的新定义：
秒是自历书时1900年1月0日12时起算的回归年的1/31556925.9747。
该定义于1960年被国际计量大会（CGPM）正式采用。
1967年，随着原子钟的发展，对秒进行了第二次定义，至今仍然适用：
秒是铯133原子基态的两个超精细能级之间跃迁时所辐射的电磁波的9192631770个周期的持续时间。
但是，在2019年5月20日，对秒的最新重新定义即将生效，取代第二次定义：
秒，国际单位制中的时间单位，符号s。当铯频率ΔνCs，即铯133原子不受干扰的基态超精细跃迁频率以单位Hz即s-1表示时，将其固定数值取为9 192 631 770来定义秒。
新旧定义有什么不同？从技术角度来看，没有任何不同，仍将沿用之前相同定义频率的微波铯原子辐射来定义秒。但是，这次修订调整了秒定义的文字表述，这样一来，所有SI基本单位的定义都在文字结构上保持一致。
时间计量
现代文明高度依赖时间。工作时间、学校时间表、商店营业时间和火车时刻表都或多或少遵守着时间。一些行业对计时准确性的要求则要高得多，例如银行、证券交易所、电信、互联网通讯和卫星导航等。
如果没有准确计时，GPS导航会失效电话无法拨通，网上银行无法转账，更不可能通过电子邮件交换可靠信息。
时间是计量学中测得最精确的量，精确的时间是测量其他量的先决条件，例如确定测量长度的激光频率，或利用约瑟夫森效应复现标准电压。
即便这种精确度有时候不见得必要，但我们大多数人在日常生活中接触到与时间测量相关的事情时，例如家庭用电量、用气量和其他账单，总希望能测得准。
什么是时标？
随着通讯系统进一步拉近人与人之间的距离，建立起一个全球通用的时标是非常便利的。虽然原子钟非常准确，但我们不能依靠单个原子钟来设定整个世界的时间。因此，人们决定利用位于世界各地若干个钟的平均值来建立统一的时标。这种基于“时间标准群”的时标，称为国际原子时（International Atomic Time，简称TAI），由位于巴黎的国际计量局（BIPM）负责协调。
由于地球自转和公转与原子中的原子现象没有直接关联，因此，TAI与历史上的天文时之间存在一定的差异。为解决这个问题，1960年1月1日，协调世界时（Universal Coordinated Time，简称UTC）成为时间基准。UTC是在TAI的基础上加以调整从而与零度子午线的平太阳时相互协调。1972年，UTC成为了所有国家的官方时间。UTC会受到地球自转速度减慢等不规律因素的影响，因此它需要与原子时之间进行协调，确保中午永远在一天的正中间。这既保留了时间测量的一致性的优势，又使它与天文时相兼容。
是否真的需要夏令时？
每年从春天到秋天这段时期，在许多地区天亮的特别早。这意味着早晨我们醒来时，通常已经是白天了。夏天如果将时钟向前拨，能让我们早一点醒来，也能更好利用更长的自然光。这样做还可以减少通勤时的道路交通事故，提高生产率和安全性。
然而，一年两次的时间变化扰乱了我们的生物钟，也让人感到很混乱。去年，欧盟举办了夏令时磋商会，发现来自欧洲各地80％以上的受访者更愿意废除夏令时，但这种变化需要得到各成员国政府和欧洲议会的批准才能成为法律。
你还需要知道
地球绕太阳公转一周是1回归年，精确地等于365.242天，即365天个整天再加差不多四分之一天。现在1平年是365天，由于这多出来的四分之一天，我们每4年会经历一次366天的闰年，以保证日历年与回归年的同步，但那些可被100整除却不能被400整除的年份除外....很简单是不是......例如，1900年不是闰年，因为它可以被100整除却不能被400整除；2000年是闰年，因为它可以同时被100和400整除。极少的情况下，1分钟会有61秒，称为闰秒，应用于UTC以保持原子时间与太阳时的同步。UTC于1972年1月1日被引入时，最初它落后于TAI 10秒，截止目前已累计有27个闰秒，最近的一次闰秒发生于2016年12月31日23:59:60 UTC时间。何时设置闰秒由国际地球自转服务组织（IERS）决定，但估计您用不着暂停下一个新年的庆祝活动，因为目前为止，2019年没有官宣会进行闰秒调整。2019年3月12日，我们庆祝了万维网（www）成立30周年。30年（自1989年3月12日至2009年3月12日），以时间的SI基本单位表示，正好是946 684 800 s。
原文来源：欧洲计量组织（EURAMET）
英文链接：https://www.euramet.org/si-redefinition/countdown-si-redefinition/the-se...