【新文章】為什麼一天有24小時?
我們都知道時鐘走一圈有12個數字,當時針走完兩圈就代表是24小時過去了,是新一天的開始。然而,你又有否想過為什麼是24而不是23或25,又或者不乾脆用10呢?
現代科學裡,時間的國際單位(SI unit)是秒。1秒的長度有精確定義:銫-133(cesium-133)原子基態的超精細結構(hyperfine structure),當進行量子躍遷時釋放的電磁輻射頻率的9,192,631,770個週期的時間長度[1]。秒是七個物理基礎單位之一。
一天24小時可能源自古埃及文明。古埃及的人在一年之間變化的夜空中發現了24顆明亮的星,剛好能夠把整晚分成24等份。由於埃及接近赤道,黑晚長度大約是12個小時,但不要以為一晚只能看見12顆星!由於星星會東升西落因此在埃及的一年中任何時刻,都能看見18顆星(剩下的6顆位置接近太陽因而看不見)。而且,頭尾各3顆星都出現在日出或日落時候,因太陽光的關係而很難看見,因此真正容易看見的只有黑夜中的12顆星。所以,他們把夜間劃分成12等份(注意不是11,只要12顆星放於每份的中央即可),亦按照此習慣把日間分為12等份。
不過在日間看不見星星,古埃及人如何得知時間?原來,他們會在日間使用一種稱為日晷(sundial)的儀器。這是一種把一個「人」字型垂直放在一個圓盤上的儀器,太陽光照射下來,便會在圓盤上投射出陰影,陰影指着的數字就是日間的時間。在晚間,除了使用12顆星之外,也有一種比較可靠的計時方法,就是利用放在特製水桶中的水位高度來顯示出夜間的12等份。
早晚各分為12等份亦有可能來自另一個原因。古埃及人採用的是12進制而非現在我們所使用的10進制。有些歷史研究指出,他們可能習慣用拇指數數目,而其他4隻手指各有3節,因此就等於12了。因此,一天24等份剛好等於兩隻手除了拇指之外的指節數目,所以這亦可能是他們採用24這個數字的原因。
不過在未來,一天可能會有25小時,甚至更久呢!因為月球所引起的潮汐,海水會與地球摩擦,使地球的自轉速度減慢。大約每5萬年地球自轉就會減慢1秒。因此,在大約1億8千萬年以後,我們一天就能有25小時用了!同樣道理,在大約14億年前,地球的自轉比現在快多了,當時一天可是只有18小時呢!原來,一天並不一定就是24小時的啊。
之不過,如果一天被分為24等份,為什麼1小時和1分鐘都卻被分成60等份?這就與古巴比倫人使用60進制有關。對古巴比倫人來說,60是個非常方便的數字,因為它能夠被非常多日常需要用到的數目字除盡:1、2、3、4、5、6、10、12、15、20、30。這對於表達一個數字的分數很有用。
這個習慣被流傳到古希臘。事實上,小時和分鐘被分為60等份的做法,與西方科學和數學之中把角度分為360等份有關。測量地球周長的古希臘科學家埃拉托色尼(Eratosthenes)首先把一個圓形分成60等分。之後喜帕恰斯(Hipparchus)把這定義推廣為360等份。最後,為了量度比1度更小的角度,古希臘人把1度再分為60角分、1角分再分為60角秒。
角分的拉丁文是partes minutae primae,意即「第一分割」,英文譯作first minute,漸漸簡稱成minute,即我們說的角分或分鐘。角秒的拉丁文partes minutae secundae,意思就是「第二分割」,即是second minute,之後就簡稱second,即我們說的角秒或秒。不過直到16世紀末發明機械時鐘之前,普羅大眾基本上都不使用分鐘和秒。
總結來說,「從上而下」把1天分為24小時,是古代天文學和度量衡傳統而來。「從下而上」由定義1秒到60秒為1分鐘、60分鐘為1小時,再反過來把1天的長度定義為24 x 60 x 60 = 86,400 秒,則是現代科學的做法。
[1] 可參考國際度量衡局(BIPM)對秒的定義:
https://www.bipm.org/metrology/time-frequency/units.html
同時也有2部Youtube影片,追蹤數超過80萬的網紅果籽,也在其Youtube影片中提到,旅遊冷知識:40至80年代香港有夏令時間? 解構時差是如何煉成 不同國家有時差,日本比香港快1小時,英國則慢香港8小時,主要因為地球是一個自轉的球體,太陽光線不能照射整個地球,面向太陽是日頭,背向太陽則是晚上。人類在發明機械時鐘之前,用沙漏、水鐘或以日晷計算日出日落時間,每個國家都有自己的時間,引...
機械時鐘 在 PanSci 科學新聞網 Facebook 的最佳解答
#科基百科 計算機現在幾乎人手一台,甚至手機按幾個鍵就能計算,你想過二千多年前的古人,碰到天文問題,要怎麼進行運算嗎?
這一切就得從辣個很久很久很久以前的故事開始說起......
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1900 年末,希臘一艘小船在航行途中偶遇暴風雨,因此到無人島——安提基瑟拉 (Antikythira) 島避難。
在小島上困了三天的船員,終於等來了風平浪靜,於是便下海找海綿。找著找著,赫然發現海床上有一艘沉船,裡頭有著大量且超過二千年歷史的物品,好奇的他們便將物品打撈上岸。
二年後,工作人員從中發現一個裂開、露出如鐘錶般的複雜齒輪結構的木盒,內部有十餘個齒輪細密相扣,外部還有許多環狀刻度和轉軸,其精細程度彷若巧奪天工,驚為天人!
而靠齒輪運作的機械時鐘其實也是在 13 世紀末期後,才被發明出來。此前會用上齒輪的大多為中大型的傳動裝置,且構造簡單,這也讓人不禁疑惑,究竟這玩意兒是如何在兩千年前製造出來的呢?
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經過還原,安提基瑟拉儀約莫製造於在西元前 100 年。看似時鐘,七根指針分別代表日、月,及水、金、火、木、土星。環狀刻度盤外圍代表一年,內圈代表黃道十二宮。轉動把手,便可以模擬日月與五大行星在黃道的相對位置。
每隔四年轉動刻度盤便可以符合閏年,月亮指針上還有顯示盈虧的小球。
不僅如此,除了呈現太陽、月亮與五大行星的運行軌跡、盈虧變化之外,安提基瑟拉儀還能換算陰陽曆日期,並指出日月食的時間。
聰明的古人只要輕輕轉動上頭的齒輪,就能又快又好地得出答案,也因此有人認為安提基瑟拉儀是史上第一台計算機!
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正確用法:轉動齒輪模擬日月行星
錯誤用法:扔在船上直到天荒地老
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本文改寫自「安提基瑟拉儀」橫空出世,史上第一台計算機?(上)│《電腦簡史》 齒輪時代(一):https://pansci.asia/archives/179651
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延伸閱讀:
「安提基瑟拉儀」橫空出世,史上第一台計算機?(下)│《電腦簡史》 齒輪時代(二)
https://pansci.asia/archives/179670
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旅遊冷知識:40至80年代香港有夏令時間? 解構時差是如何煉成
不同國家有時差,日本比香港快1小時,英國則慢香港8小時,主要因為地球是一個自轉的球體,太陽光線不能照射整個地球,面向太陽是日頭,背向太陽則是晚上。人類在發明機械時鐘之前,用沙漏、水鐘或以日晷計算日出日落時間,每個國家都有自己的時間,引致世界大亂。直到19世紀工業革命時期,由於英國航海業蓬勃,1884年採用英國格林威治天文台的子午線劃分時區,亦稱為格林威治時間。簡單來說,是把地球劃分360條直線,中間的0度緯線是「本初子午線」,位於英國格林威治天文台 ,把地球分了東西兩邊。把中心點設定為0時區,以地球自轉一圈為24小時計算,每一個時區之間相距15度,每15度即1小時,東面加至12小時,西面減至12小時,就是我們經常看到的Greenwich Mean Time。例如GMT+8的時區代表了東面比英國時間快8小時的地區,例如香港;GMT-4代表了西面比英國時間慢4小時的地區,例如巴西。世界最長航班由美國紐約飛往澳洲悉尼,要花19小時16分鐘,跨越15個時區1萬6,200公里。
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