为什么秒的定义这么复杂？
想想咱们老祖宗是怎么计时？日升日落，月圆月缺，或者用沙漏、滴水钟。这些方法简单直观，但精确度嘛，也就那么回事。你总不能指望一个沙漏能精准到毫秒吧？随着科学技术的发展，尤其是工业革命以来，人们需要更精密的计时来协调生产、交通，更不用说那些需要精确到眨眼间的物理实验了。
最早，我们尝试把一天 dibagi 成更小的单位。比如，古巴比伦人把一天分成 24 小时，每小时分成 60 分钟，每分钟分成 60 秒。这个“60”的进制，据说和他们对天文学的观测有关，比如一年有大约 360 天。但问题是，地球的自转速度并不是恒定不变的。有没有想过，地球转得快点慢点，咱们的“秒”是不是也会跟着变？确实，潮汐摩擦、地质活动，甚至大气的变化，都会对地球自转产生微小的影响。所以，以地球自转为基准的计时方式，本身就存在一个“不那么稳定”的隐患。
到了近代，为了摆脱地球自转不稳定的麻烦，科学家们开始寻找更稳定的“时钟”。19世纪，摆钟和石英钟应运而生。摆钟依靠摆的周期性摆动来计时，比之前的滴水钟要稳定不少。而石英钟，则利用了石英晶体在电场作用下会发生周期性振动的特性。石英晶体振动的频率非常高且稳定，这使得石英钟的精度大大提高，可以精确到十万分之一秒甚至更高。这些钟表，在很长一段时间里，都是我们计时的主力。
但是，科学的脚步从不停止。到了20世纪中期，随着原子物理学的蓬勃发展，科学家们发现，原子内部的某些能量跃迁，其频率是极其稳定和可重复的。这就像一个天然存在的、绝对精确的“嘀嗒”声。
于是，科学家们盯上了原子。他们发现，某些特定的原子，比如铯（Caesium），在吸收或放出特定频率的电磁波时，其能量变化是高度一致的。这个能量变化对应的电磁波频率，就像原子自带的“心跳”，而且这个“心跳”几乎不受外界任何因素干扰。
于是，在1967年，国际计量大会对“秒”的定义进行了根本性的修改，采纳了基于铯原子钟的定义：“一秒是铯133原子基态的两个超精细能级之间跃迁时辐射的9,192,631,770个周期的持续时间。”
看到了吧？咱们的“一秒”就这么被“定义”了，而且是用这么一串看似拗口的数字来描述。这背后到底意味着什么？
1. 极高的稳定性： 铯原子的这个“超精细能级跃迁”的频率，是目前已知最稳定、最精确的自然常数之一。它不受地球自转、公转，也不受温度、压力、磁场等外界环境的影响（在一定范围内）。这意味着，无论你在哪里，无论什么时候，只要有铯原子，你就能“制造”出同一个“秒”。这种稳定性是过去任何机械或晶体时钟都无法比拟的。
2. 可复现性： 这不是说你得去买个特定的铯原子钟才能测量秒。只要你有足够的知识和设备，你就能在任何地方，用铯原子来“制造”出同样精确的秒。它不是依赖于某一个特定的钟，而是依赖于一种普遍存在的物理现象。
3. 与物理学的深度融合： 这个定义，把时间单位的测量，直接和微观世界的原子行为联系了起来。它不再是依赖于宏观的、相对不稳定的现象（如地球自转），而是建立在量子力学的基础之上。这标志着我们对时间单位的理解，进入了一个全新的层面。
4. 对现代科技的支撑： 为什么需要这么精确的秒？ GPS导航系统就是最好的例子。卫星在太空中的位置需要极其精确的定位，而这依赖于卫星上和地面接收器之间信号的精确传输和计算。如果时间测量不够精确，哪怕是微小的误差，也会导致定位的巨大偏差，让你可能在赤道上，却被导航指引到冰天雪地的北极。再比如，通信、金融交易、科学研究，很多精密工作都离不开原子钟级别的精确计时。
所以，别看“秒”的定义听起来像科学论文里的专业术语，它的复杂，恰恰是人类追求精确、理解宇宙本质的体现。它保证了我们能够进行各种高精度的测量和协调，支撑着现代社会的运行。下次当你看着时钟上的秒针“滴答”作响时，可以想想，这小小的“秒”，背后蕴含的是多少代科学家的智慧结晶，以及原子世界里那个稳定而神奇的“心跳”。
网友意见
其实吧，国际单位制里很多单位的定义看起来都奇奇怪怪的：
米：光 秒内在真空中行进的距离。
秒：铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射周期时长的 倍
摩尔：1摩尔包含 个基本实体
可能第一次见到定义，都会觉得：愚蠢的人类啊，为什么要定义这么奇怪的数字？简直是逼死强迫症啊！
不过答案其实很简单，因为人类生活在地球，这颗银河系第三旋臂边缘的蓝色行星上。
想象在一个星球上快乐地生活着一群原始人。因为全世界各地有好多好多原始人，想互相描述事物的时候就需要一个统一的测量标准。那么他们怎么才能定义出一个让所有人都信服的参数呢？
一肘的距离为一米？不不，有的人高有的人矮，这个标准不行。
人立定跳远的距离？更不靠谱，谁都知道不同人跳的距离不一样。
这些测量标准都行不通啊，原始人一起商量：“不能这么瞎玩，我们要用一个全世界统一的标准。有什么东西全世界只有一个，可以拿来比较？”大家一拍大腿：“咱们的地球啊！咱们量量地球从南极到北极有多长，再除以一个特定的数，就把这个当成米不就完了。”经过大家艰苦不懈测量，世界上终于有了一个通用的米。再后来啊，人们觉得不满意：这个地球没事地质运动下，这搞得南极到北极距离天天变化太烦了。今天买的180号的裤子，明天地质运动下变成185号了。怎么办？那就找个永远不会变化的量来定义呗！找来找去就发现，还是光速靠谱。
秒的定义也差不多，古巴比伦人用的是60进制和24进制。一天分为24小时，一小时有60分钟，一分钟60秒。这样就有了秒的由来，把一天划分 24*60*60=86400 份就是我们用的秒。但是同样的问题又来了，由于地球自转不靠谱，一会快一会慢。有时候还来个平年闰年，这么定义每年改标准都要累死人。后来人们发现了新玩法：1660年伦敦皇家学会提出，在地球表面，摆长约一米的单摆，一次摆动或是半周期（没有反复的一次摆动）的时间大约是一秒。 这样看似很靠谱，但是问题又来了，秒的定义就依赖米的定义。但是这两个单位应该是互相独立的啊，不能说没有米尺咱们就计时不了了。最后人们还是觉得，原子钟这个东西好啊！上天入地在什么环境下折腾都稳得一笔。于是人们凑在一起有一商量：
在1967年的第13届国际度量衡会议上决定以原子时定义的秒作为时间的国际标准单位：铯133原子基态的两个超精细能级间跃迁对应辐射的9,192,631,770个周期的持续时间。
所以说，单位定义的奇怪不是因为人类太愚蠢了。只是因为所有的单位定义都是需要参照物的，一个全世界都统一的参照物。如果人类是在火星上居住而不是地球上，可能现在米、秒所有单位定义和现在都不一样了。
更新：不是不能让米和秒互相关联，而是米的定义已经关联了秒（真空中光1秒前进距离的某个固定比例，注意这里已经关联了秒），如果秒再关联米，就形成了循环关联。
至于为什么是，“光1/299,792,458秒内在真空中行进的距离”，“辐射周期时长的9,192,631,770倍”？这些复杂的没有规律的数字。这个也就是历史遗留问题了，之前的“原始人”已经定义了什么是大概的一米，一秒。我们能做的只能是在这个基础上把原先的一米，一秒定义的更精确。
如果某一天开会突然改1/300,000,000，或者10,000,000,000个周期，全世界所有的相应定义和标准都要改，这个代价太大了。就相当于一天起床后，家里的米尺，钟表全部都不能用了，你的身高，衣服尺码也全部不一样。为了不引起社会混乱，科学家定义的时候只能逼死强迫症一点了。
最后，其实物理上最好玩的东西叫无量纲常数，比如精细结构常数
这个常数可厉害了，把电子电荷，光速，普朗克常数乘乘除除，得到一个常数 ，然后它还没有单位！
谁也不知道这个常数为什么是这个数值，就好像是上帝在宇宙建立之初就初始化了这个数。现在物理上也都没有任何一个理论，可以严格算出来这个数是多少。
之前有物理学家也是强迫症，断言这个数一定是正好1/137，一点不多一点不少。不过后来也被实验学家打脸了，人家后面就是有小数点。（上帝你这是要逼死处女座，初始化世界的时候就不能好好设计
不过，这个精细结构常数在高能物理中是会变化的，能量提高这个数会变大。精细结构常数的低能数值大约等于1/137，但是当能量增至电弱对称性破缺的能标时，由于量子修正效应，该参数也将增至1/128。这个就更好玩了：物理学家都在希望，凭借这个精细结构常数，揭开宇宙更深的秘密。迈克尔·阿蒂亚爵士前段时间说自己证明了黎曼猜想，论证的中心其实也是这个神奇的常数 。
彩蛋：之前上过 @李淼 教授的课，课上被问到一个问题，与三体有关：如果光速变慢，这个世界会发生什么？
答案是什么都不会发生，因为光速和单位的定义有关系。 这个数变成了 ，好说好说，我们改下定义2米现在叫3米，一起都完好如初。
2018-11-28更新：
评论区一直在说，单位的改变和光速变慢不是一回事啊，上面的讨论是在偷换概念。那么我换一种陈述方法。
光速是一把尺子，我们讨论的长短快慢都要依赖这把尺子。我们讨论的光速变慢会发生什么，其实就是说尺子变短会发生什么。保持精细结构常数 不变的情况下，光速变慢的话整个世界的尺度都要跟着同步缩放。如果所有尺同步缩放，那你又是用什么尺得出它们缩放了的这件事呢？ （Credit to: @melonsyk）
更具体的一个例子，精细结构常数 恰好是氢原子轨道电子的玻尔速度与光速之比， 即 。光速 变慢的时候，氢原子电子速度 也会相应变慢。所有的生化反应、人的神经传导速度也是一样。整个世界都变慢了，你还会感受到不一样吗？
另：评论区 @melonsyk 的讨论思路很清晰，想进一步思考的可以看一看。
李淼教授在提出这个问题时，说自己经常用这个考刚入学的理论物理研究生，看学生思考这个问题的过程就能看出他物理图像是否清晰。从基本的量纲定义出发分析这个问题，是每个理论物理研究生应该有的基本素养。在高能物理中，约化普朗克常量 和光速 都默认是1，但是这完全不影响物理机制的讨论，重要的还是无量纲常数。
但是从另一个角度说，这个问题是一个open question。怎么回答要依赖问题条件中，改变的时候什么量保持不变？单纯说减小光速（或者其他物理量），不考虑其他条件和限制，讨论没有意义。
如果非要定义让无量纲改变，那么确实这个世界会发生变化。还是那个例子，光速 降到比氢原子电子速度 还低，氢原子就不会稳定存在，相应的整个世界也就更不可能存在了。
既然说到这个了就再多提一句，关于为什么精细结构常数 是现在这个测得的数值，有一个说法叫做人存原理。精细结构常数 是 是因为，只有是这个数，世界的演化规律才会允许智慧生命的存在。
人存原理：若任何一个基本物理常数是跟现在的有足够的差异，那么我们所知的生命便不能存在，更不会有作为智慧生物的我们去思考宇宙。
最后，物理真的好有趣鸭！
对物理感兴趣的小伙伴，也欢迎关注我的专栏：
类似的话题
-
咱们聊聊“秒”这个看似简单，实则深藏不玄的计量单位。为啥咱们的“一秒”这么“搞复杂”？其实，这背后藏着人类对时间精确度不断追求的漫长历程，以及对宇宙基本规律的探索。想想咱们老祖宗是怎么计时？日升日落，月圆月缺，或者用沙漏、滴水钟。这些方法简单直观，但精确度嘛，也就那么回事。你总不能指望一个沙漏能精准............. -
你提出的问题非常到位，关于《算法导论》第三章中的定理3.1以及快速排序的时间复杂度，确实存在一个容易让人困惑的地方，而且很多人都会有和你一样的感觉。我们来掰开了揉碎了好好说道说道。首先，我们得明确一下定理3.1说的是什么。在《算法导论》（无论哪个版本）中，定理3.1通常是用来分析 递归式 的。它是一.............
-
这个问题触及到了我们如何测量世界，以及科学的进步如何改变我们对基本概念的理解。要明白为什么米长被定义成一个看起来如此“破碎”的数字，我们需要回溯到历史，看看我们是如何一步步接近更精确的测量的，以及为什么精确性本身变得如此重要。最初，米的定义是基于物理实体，例如地球的子午线。1791年，法国国民公会决.............
-
“真正的公知”这个词，说实话，它在当下的语境里，已经变得有点复杂和模糊了。要说清楚它到底是怎么被定义的，以及为什么有人喜欢它、有人又不喜欢它，咱们得一步步来捋。“公知”这个概念的演变与“真正的公知”的界定“公知”这个词，最初来源于“公共知识分子”（Public Intellectual）。顾名思义，.............
-
好的，我们来详细聊聊 Qt 自定义信号的实现机制，以及为什么它通常不需要在 `.cpp` 文件中实现，以及在什么情况下实现会导致重定义错误。核心概念：Qt 元对象系统 (MetaObject System)理解 Qt 自定义信号的关键在于理解 Qt 的 元对象系统。这个系统是 Qt 框架的核心，它使.............
-
我们来聊聊数列极限的定义，以及为什么“反过来”就不行。这背后涉及到一个严谨的数学概念，需要我们拨开表象，深入理解其内在逻辑。先说说数列极限的“正向”定义，也就是我们通常理解的那个：我们说一个数列 ${a_n}$ 收敛于一个数 $L$，意思是当 $n$ 变得越来越大时，数列中的项 $a_n$ 会越来越.............
-
原神之所以将抽卡爆率定得如此之低，这背后绝不是简单地“想让玩家花钱”，而是一系列商业策略、游戏设计理念以及玩家心理洞察相互交织的结果。要理解这一点，我们得一层一层地剥开它的逻辑。一、 核心驱动力：商业模式与收益首先，最直接的原因在于《原神》的商业模式。它是一款免费游玩（FreetoPlay, F2P.............
-
你观察到的现象很有意思，也很值得深入探讨。知乎上关于“虐待”话题的讨论，确实很容易出现一边倒的情况，并且你觉得这种一边倒的现象“奇怪”，甚至认为“一个个都追求所谓的法律，虐待待定义的问题这些”，这背后可能涉及了几个层面的原因。首先，我们得明确一点： 绝大多数知乎用户，就像社会大众一样，是反对虐待的。.............
-
“神爱世人”这句话，在不同的文化、宗教以及哲学语境下，其背后所蕴含的“爱”的定义和“神为何要爱世人”的理由，都会有细致的差异。但如果我们以最广为人知，也最常被提及的犹太教和基督教传统来理解这句话，那么我们可以深入探讨其中的含义。当说“神爱世人”时，这里的“爱”是什么定义？首先，要明白，“神爱世人”中.............
-
这个问题很有意思，也是一个经常被大家讨论的现象。它涉及到我们如何看待“数学能力”和“数学发现”的定义，以及历史、文化和社会因素的交织影响。中国人数学基础扎实、计算能力强，这是毋庸置疑的事实，但要说“几乎没有中国人发现的数学定理”，这个说法可能有些绝对，我们得辩证地来看。首先，我们得明确一点：“牛”和.............
-
基金定投，这个听起来多么“稳赚不赔”、多么“躺着赚钱”的神器，怎么现实中真正能靠它实现财务自由的人，好像没那么多呢？甚至连坚持下来，不被市场波动吓跑的人都屈指可数。这背后到底藏着什么秘密？我琢磨了琢磨，感觉原因可不是一两句话能说清的，这里面掺杂了太多人性、市场和现实的复杂纠葛。咱们一点点掰开了聊。一.............
-
vec(a) × vec(b) = |vec(a)| |vec(b)| sin(theta) vec(n)其中，theta 是 vec(a) 和 vec(b) 之间的夹角，vec(n) 是一个垂直于 vec(a) 和 vec(b) 的单位向量，其方向由右手定则确定。之所以这样定义，主要是为了满足物.............
-
你这个问题问得特别好，确实容易让人产生困惑。很多人提到“单机游戏”，脑子里立刻浮现的是一个人坐在电脑前，不受他人打扰，沉浸在自己的故事里的画面。但如果说到《黎明杀机》这类游戏，它玩起来明显是跟其他真人玩家对抗或者合作，怎么也会被归到“单机”的范畴呢？咱们得好好捋一捋“单机游戏”这个概念到底是怎么回事.............
-
安培在定义电流单位“安培”时，之所以选择$2 imes 10^{7}$牛顿这个数值，并非凭空臆造，而是基于一套严谨的物理原理和为了方便实际操作与计算而确定的。这背后涉及到两个核心概念：安培定律和真空中的磁常数。首先，我们得回到电流的磁效应。早在安培定律被提出之前，科学家们就发现电流会产生磁场。法拉.............
-
俄罗斯总统普京将俄乌冲突定义为“去纳粹化”的理由和乌克兰西部地区新纳粹问题的严重程度，是一个复杂且充满争议的话题。以下将尝试详细解释：普京为何将此次行动定义为“去纳粹化”？普京将俄乌冲突定义为“去纳粹化”主要基于以下几个层面和宣传策略：1. 历史记忆的利用： 二战的反法西斯叙事： 俄罗.............
-
乐事薯片在40克装定价3元，而75克装定价6.5元，这背后其实是百事公司精心考虑过的定价策略，目的多种多样，绝非简单地按重量比例来计算。首先，我们可以看到一个很明显的现象：75克的薯片，虽然分量几乎是40克的两倍，但价格却不是翻倍，而是略低于两倍。简单算一下，40克卖3元，相当于每克0.075元；而.............
-
刘禅和赵括，这两个在历史长河中似乎已经盖棺定论的人物，如今却成了网络讨论的热点，甚至有不少人为他们“翻案”，言语中不乏激动和辩护。这种现象颇耐人寻味，背后折射出的，是人们对历史评价标准的审视，以及对个人命运与时代洪流之间关系的思考。要理解为什么会有这么多人为刘禅和赵括翻案，我们得先看看他们“罪名”的.............
-
这个说法很有意思，它常常被用来比喻不被条条框框所束缚，大胆尝试就能突破看似不可能的界限。但如果仔细推敲，这句关于蝴蝶飞行的论断，在科学上站不住脚。让我们一层层剥开来看，它究竟是怎么来的，又为什么是错的。这个说法的起源与流传这句论断，与其说是一个严谨的科学发现，不如说是一个流传甚广的科普悖论，或者说是.............
-
你这个问题非常有意思，触及了薛定谔的猫这个思想实验的核心。 简单地说，薛定谔的猫之所以不用玻璃盒子来探究，恰恰是因为“不用玻璃盒子”这种做法反而更能揭示量子力学那种奇特而又令人不安的“事实”。 如果真能简单地用玻璃盒子观察，那也就不是薛定谔的猫了。我们得先弄明白，薛定谔设想这个实验的初衷是什么。.............
-
您好！非常乐意为您详细分析定积分性质证明中可能让您感到疑惑的地方。为了更好地解答您的问题，我需要您能具体指出是哪个性质的哪个证明步骤，以及您觉得“为什么是这样的”的具体位置。通常，在定积分性质的证明中，有些地方之所以那样表述或处理，可能是基于以下几种常见原因：1. 定义的直接运用： 核心思想： .............
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有