每年除夕,春晚的零点倒计时,是全国人民的一个共同仪式。
亿万块屏幕上,数字同步跳动:5, 4, 3, 2, 1……新年快乐!
大家有没有想过一个问题:全国这么大,从最东边的黑龙江到最西边的新疆,怎么保证大家都在同一秒钟,迈入新的一年?
这个问题的答案,可能出乎你的意料。它背后是一整套国家级的基础设施,而且它的“心脏”并不在北京。
今天,我们就来聊聊,“北京时间”到底来自哪里。
我们常说的“北京时间”,其实并不是在北京产生的。
它的真正源头,在陕西省西安市临潼区的
中国科学院国家授时中心
。
为什么要把这么重要的机构,放在远离北京的内陆?这背后是上个世纪六十年代,非常周密的战略考虑。
1. 地理中心,信号覆盖广。
陕西大致在中国的地理中心。这就好比在一个大房间里,把喇叭放在正中间,声音才能最均匀地传到每个角落。从这里发出无线电时间信号,可以最好地覆盖全国。
2. 地质稳定,仪器安全。
时间的精确计量,依赖一种叫“原子钟”的设备。它是一种极其精密的仪器,对震动非常敏感。把钟组放在地质结构稳定的内陆,才能保证它们长期、稳定地工作。
3. 战略纵深,保障安全。
国家授时中心的前身,成立于1966年。当时出于国防安全的考虑(即“三线建设”),许多核心的工业和科研机构都迁往内陆。这样可以保证,即使在极端情况下,国家的时间系统也能安全运行。
所以,我们每年看到的春晚零点,那个最终的“0”时刻,它的物理信号源头,其实是陕西临潼的一组原子钟。
要精确地报时,首先要精确地定义“一秒”。
最早,我们用天文观测来定义时间,比如地球自转一圈是“一天”。但后来发现,地球自转其实不太靠谱,它会因为潮汐、地核运动等原因,时快时慢,总体上还在越转越慢。
如果用这么一个不均匀的时钟,我们今天的5G通信、卫星导航都会出问题。
于是,物理学家找到了一个更好的“节拍器”——原子。
1967年,国际计量大会规定,“秒”的定义与“铯-133原子”挂钩。当它内部的电子,在两个特定能级之间来回振动
9,192,631,770
次,所经过的时间,就是一秒。
这个振动频率非常稳定,几乎不受外界干扰,所以用它来定义时间,就非常准确。国家授时中心就运行着一大批这样的原子钟,通过复杂的比对和计算,产生我们国家的标准时间。
但这还不是最准的。现在,科学家们又有了更厉害的“光钟”,用激光来测量更高频率的原子振动。如果说铯原子钟的尺子刻度是毫米,光钟的刻度就是纳米级。
我国研制的“锶原子光晶格钟”,精度已经高到几百亿年才误差一秒(相关报道),比宇宙的年龄还长。这些成果,让我们在未来重新定义“秒”的时候,拥有了重要的话语权。
在陕西临潼产生了标准时间,怎么把它发送到全国各地,包括春晚的演播厅呢?
主要有三种方式。
1. 无线电
在陕西蒲城,有专门的长波(BPL)和短波(BPM)授时台。短波信号靠电离层反射,能传很远;长波信号则贴着地面传播,非常稳定。很多电波表,就是靠接收它们的信号来自动校时的。
2. 卫星
我们熟悉的北斗导航系统,不仅能定位,也是一个巨大的太空时钟网络。每颗北斗卫星上都有原子钟,它们不断地向地面播报自己的位置和精确的时间。我们的手机、汽车导航,都能接收这个时间信号。
3. 光纤
这是最新的方式。无线电和卫星信号,都暴露在开放空间,有被干扰的风险。所以,我国建设了一张总长超过一万公里的
地面光纤授时网络
。
它就像一条“时间高速公路”,通过埋在地下的光缆,把最精准的时间信号,直接送到各大城市的通信机房、证券交易所、电视台等关键部门。它的精度比卫星高上千倍,而且非常安全。
春晚的导演组,就是通过这套“天地互备”的立体网络,拿到了最准的“北京时间”,确保全国观众看到同步的倒计时。
全球时间俱乐部
最后,全世界的时间,也不是各说各的,有一个“总协调人”——位于法国的国际计量局(BIPM)。
它会收集全球几十个国家(包括我国)的时间数据,加权平均后,计算出一个统一的“国际原子时”(TAI)。谁家的原子钟又多又准又稳定,谁的“发言权”(即权重)就大一些。
最近几年,中国的权重已经稳居世界前三,这说明我们的时间计量水平,已经进入了世界顶尖行列。
顺便说一个有趣的知识点——闰秒。因为地球转得越来越慢,为了让原子钟的时间和地球的步调保持一致,我们偶尔需要在原子钟上人为地加上一秒,这就是“闰秒”。但是,这对于需要精确同步的计算机系统来说,是个大麻烦。
所以,国际上已经决定,最晚在2035年取消闰秒(相关决议)。这意味着,人类的计时,将彻底和“天”脱钩,完全进入由物理学定义的“机器时间”时代。
现在,我们再回头看春晚的倒计时,感觉是不是不一样了?
那个简单的数字背后,是一整套从原子物理、卫星通信到光纤网络的国家级工程,这种定义、维持并分发时间的能力,堪称无形的国家主权。
我们能如此轻松地同步跨年,这份看似理所当然的便利,背后是几代科学家的默默付出。
现代社会,就是建立在这些我们看不见的基础设施之上的。