第8章 时间的趣话(1)

有趣的时差

1978年，中美两国决定建立正式外交关系，两国政府分别在北京和华盛顿同时宣布中美建交。中外记者急忙从北京向全世界传出电讯：“1978年12月16日上午10时，中国政府宣布中美两国正式建交……”与此同时，北京收到了美国发来的电报：“1978年12月15日晚9时，美国政府宣布美中建交……”按照协议，中美双方同时在北京和华盛顿宣布两国建交，可是，一个是在16日，一个却是在15日。

中美航线恢复以后，西北航空公司的波音“747”飞机从上海虹桥机场起飞，飞行约2小时抵达日本东京成田机场，在机场休息约一小时，换乘另一架“747”飞机横渡太平洋，路途上一共历时16个小时。

有趣的是，飞机从虹桥国际机场起飞时的日期（如11月23日上午8时45分），竟同飞机到达洛杉矶的日期是同一天同一时间。想想世界真奇妙。

这是怎么回事？原来，地球不停地自西向东自转，同时沿着椭圆形轨道绕太阳公转。

地球自转的时候，总是有半个球面向着太阳，太阳光把它照得很明亮，那就是白昼，叫“昼半球”；另外半个球背着太阳，太阳光照射不到，大地上一片漆黑，那就是黑夜，叫“夜半球”。昼半球和夜半球之间有一条分界线，是一个大圆圈，它平分昼夜半球，叫做“晨昏圈”。

随着地球不停地自转，太阳在地面上的直射点不断由东向西移劝，晨昏圈也随着不断由东向西移动了，昼半球和夜半球始终在相互交替中，白天变成了黑夜，黑夜又变成了白天。

地球自转有着重要的地理意义。地球自转产生了昼夜更替现象。地球绕轴自转，地表上就有两个相对固定不动的点——北极和南极，引出经线和经度。在同一瞬间，地球上经度不同的地方，时间也就不同了。

人们通常是按照太阳当顶两次的时间间隔来计时的。地球在不停地转动，地球上各个不同的地方时都不相同。当伦敦是午夜0点的时候，北京正是上午7时45分；当上海头顶太阳时，华盛顿却是漫漫长夜。

不同地方的时间差，也就是它们在地理上的经度差。地球自转一周，约24小时，地球的经度分为360°，也就是说，每隔15°经度，时间相差1小时。

北京位于东8区，华盛顿位于西5区，相差13个时区，也就是北京要比华盛顿早13小时，因此，当华盛顿是15日晚上9点的时候，北京时间已是16日早晨10时了。

同样道理，上海位于东8区，洛杉矶位于西8区，中间相隔16个时区，上海11月23日上午8时45分，洛杉矶正是11月22日下午4时45分。沿途经历了16小时，抵达洛杉矶的时间正是11月23日上午8时45分。

颠倒的季节

1978年6月25日，世界足球冠军赛正在阿根廷首都举行。人造卫星向全世界播送了比赛实况。球场上人山人海，人人穿戴着皮衣皮帽在观看球赛，而中国观众，却穿着汗衫、衬衣，围坐在电视机前观看，不停地挥动着扇子。最后，阿根廷队以3∶1打败荷兰队，夺得冠军。

欧美国家的一个重大节日——圣诞节。北半球国家正是飘雪的冬天，商店橱窗里布置的是白眉白须，身穿红色皮袄，头戴尖皮帽的老人，在下雪天背着大口袋，时令协调。可是，在南半球的澳大利亚、新西兰等国，商店内用雪景装饰着圣诞树和圣诞老人。而在窗外的人行道上，往来行走的却是袒胸露背、身穿纱绸的人，完全是两种相反的节令。

为什么地球上的季节被颠倒了呢？得从地球的公转说起。地球沿椭圆形轨道绕太阳公转。转一圈就是一年。在公转过程中，地轴和公转轨道成66°34′的倾斜。而且地轴的倾斜方向不变，北极总是指向北极星附近。这样，太阳的直射点总是在南、北回归线之间来回移动。

圣诞老人地球表面受到的热，几乎都来自太阳。太阳离地球很远，射到地面的光线几乎是平行的，而地球是个球体，纬度不同的地方，太阳照射的角度就不一样。有的地方是直射，有的地方是斜射。

地球上各个地区季节的分布是由此决定的。当太阳直射或接近直射的时候，这里的温度最高，是夏季。当太阳高度很低，而斜射的时候，气温最低，是冬季。春秋季节的太阳也是斜射，不过斜射的程度不大。

赤道附近地区，太阳几乎都是直射，地面受到的热量多，除高山地区以外，全年气温都高，可以说“四季如夏”。南北极地区，太阳斜射，有时几个月见不到太阳，受到的热量最少，气候寒冷。

温带地区就不同了，随着太阳直射点的南北移动，地面得到的热量在不断地变化，出现了春、夏、秋、冬四季。当太阳光直射在北回归线附近地区的时候，北半球温带地区阳光强烈，气温很高，白天很长，是炎热的夏季，而这时候，南半球恰恰相反，正处于寒冷的冬季。

当太阳光直射在南回归线附近地区的时候，南半球温带地区是炎夏酷暑季节，而北半球温带地区，气候寒冷，白天最短。

当太阳光直射赤道附近地区的时候，南北半球得到的太阳热量相等，昼夜平分，是气候宜人的季节。可是，南北半球的春秋季节刚好相反。

澳大利亚、新西兰、阿根廷位于南半球，中国、欧洲和美洲的一些国家位于北半球。地球不停地运动着，年复一年，地球上的四季在不断转换，南、北半球的季节，也一直是这样颠倒着的。

洞中方七日，世上已千年

“山中七日，世上千年。”我国古代神话小说里常把神仙世界同人间的时间快慢描绘得不一样。南宋刘敬叔的《异苑》一书说，古代有个人骑马进入山中，看到远处有两位白发虬须老人盘坐石边，面对着下棋。他走近观看，将马拴在石上，马鞭握在手里。他看得出神，自知过了不多一会儿，突然发现手中马鞭已经腐烂、碎断，骑来的马匹已成了一堆白骨，白骨上的马鞍也已损坏。他知道大事不好，匆忙赶回家中，已无人烟，原来村上已过了不知多少代了。

有一本科学幻想小说，对未来的太空旅行作了大胆畅想：一艘火箭船，以接近光速的速度奔向织女星，……很快消失在茫茫的宇宙中……它要在50多年以后才能回到地球上。……这艘火箭船上的乘客从织女星回到地球的时候，他感觉到好像才过了一两年，依旧是个英俊青年，可是他青年时代的朋友都变成龙钟的老人了。

类似这样神话科学幻想，人们是无法想象的，谁也没有认真对待过。牛顿认为，时间是绝对的，“不论事物运动还是静止，也不论我们是睡着还是醒着，时间总是一成不变地走着自己的路。”他在划时代的著作《自然哲学的数学原理》中，给时间下了一个著名的定义：“绝对的、真实的数学时间，就其自身及其本质而言，是永远均匀地流动的，不依赖于任何外界事物。”通俗地讲，牛顿认为的绝对时间就像几何直线上的点连成的直线，它没有开头，也不会有终结，总是“我行我素”地永远均匀地走下去。

由于牛顿的巨大声望，加上这种观点与人们的常识相吻合，因此几百年来，人们都认为的确存在着一个“独一无二的、普遍适用的、不依赖于任何其他事物的时间体系”。但随着科学的发展，这种观点出现了许多难以克服的困难。

到了二十世纪初，经过长期的深入研究和逻辑推理，伟大的科学家爱因斯坦于1905年提出了狭义相对论，根据相对性原理和光速不变的原理，建立了新的时间和空间的概念。

1916年，他又提出了广义相对论，引起了物理学理论基础的重大变革。爱因斯坦把时间与空间联系在了一起，因为时间原就是相对物。

牛顿还说，物体的质量是常数，并不随速度而变化。在低速范围内，物体的动质量与静质量相差极微，牛顿力学也能适用。这里的所谓“低速”是相对于光速而言，在宏观现象（如火箭的发射，人造卫星的运行，太阳系或银河系的运动等）中，它们的速度远比光速小，牛顿力学还能适用。可是在微观领域，由于电子、质子等基本粒子的静质量都很小，它们的速度很容易达到接近光速的值，这时牛顿力学就不再适用，必须用相对论力学了。

科学家在研究相对论时已经了解到：从“光速不变”的原理出发，得出了时间确实是相对的结论。空间（或长度）要随着物体相对运动速度的增大而缩短。假如人在速度很大的宇宙飞船上看地球上的物体时，沿着运动方向的长度会比在地球上看时短。时间要随着物体相对运动速度的增大而变大。物体的质量要随着相对运动速度的增大而变大。物体运动的速度越大，它的质量就越大。

相对论揭示了高速运动物体的力学规律，根本上改变了长期以来形成的有关绝对空间和绝对时间的概念。因此，在时间中自由旅行，将不再是梦想。

相对论告诉我们，在不同的惯性系统里，时间是不同的。高速火箭上的时间，相对于地球来说要慢些。现在的宇宙飞船尽管已经达到每秒几十公里的速度，而比每秒30万公里的光的速度小得多，因而还未能成为现实。

然而狭义相对论这个结论已为许多结果证实。当粒子以接近光速运动时，寿命的延长效应便十分明显。在高能加速器或宇宙射线中，很容易使粒子运动接近光速。例如有一种叫U子的基本粒子。

它的寿命只有2微秒（百万分之二秒），这样即使它以光速运动，按牛顿的理论，最多只能跑0.6公里，但人们却记录到了10公里外的U子，运动粒子的寿命要比静止时长10多倍。这正是巨大速度引起的“相对论效应”。

运动粒子的寿命比静止时长这个结论，也适用于人的寿命。就是说，高速运动状态人的寿命比静止时的寿命长。如果能建造出一种十分接近于光的速度的工具，那么科学幻想小说里的故事将成为现实。

数九与梅雨

“三九严寒”是人们常挂嘴边的话语，可何谓“三九”，却有不少人并不明白。

“数九”是我国历法的又一个创造，它也是农历有阳历成份的证据之一。我国历来从冬至开始计数，头九天称”一九”，第二个九天称“二九”……一直至“九九”。一般全年中气温最低的时间就在三九、四九间。长江流域有首民谣作了很为生动的描述：“一九二九不出手，三九四九河上走，五九六九河开冻，七九八九看杨柳，九九加一九，耕牛遍地走。”

我国北方天气比长江流域寒冷，所以“冬九九”的歌谣内容稍有不同：“冬至属一九，两手藏袖口；二九一十八，口中似吃辣；三九二十七，见火亲如蜜；四九三十六，出外冰上溜；五九四十五，还有春寒四十五；六九加七九，莫把棉衣丢；八九连九九，开始把田犁。”

这些民谣浅显易懂，生动形象，几乎不用什么解释便可与日常生活及农事活动挂起钩来。

冬夏是一对矛盾体。冬有三九，夏有三伏。古语说：“冬练三九，夏练三伏。”所谓“三伏”，尤其是中伏，常是一年之中最炎热的日子。三伏的测算比较复杂：初伏是夏至后的第三个“庚日”到第四个“庚日”前的10天；中伏则是从第四个“庚日”至立秋后的第一个“己日”；末伏则是立秋后的第一个“庚日”起的10天。所以头伏、末伏均为10天，而中伏则可能是10天（如2004年），也可能有20天（如1998年）。

三九四九冰上走夏天也有“九九”，现在它已鲜为人知了。“夏九九”也有南北之分，均从夏至起数。北方农村中的歌谣是：“一九至二九，扇子不离手；三九二十七，冰水甜如蜜，四九三十六，汗湿衣服透；五九四十五，树头清风舞；六九五十四，乘凉勿太迟；七九六十三，夜眠莫盖单；八九七十二，当心莫受寒；九九八十一，家家找棉衣。”江南一带的说法也大同小异：“一九至二九，扇子匆离手；三九二十七，冰水如甜蜜；四九三十六，出汗如出浴；五九四十五，树头秋叶舞；六九五十四，乘凉勿入寺；七九六十三，上床寻被单；八九七十二，思量寻夹被；九九八十一，家家打炭基。”

在我国农历中，还有一个独特的“梅雨”（又称“霉雨”、“黄霉天”）的推算方法。这一段时间内阴雨天特别多，淫雨霏霏，空气中湿度很大，不少东西都极易发生霉变。

梅雨开始之日称“入梅”，它是芒种后的第一个“丙日”；结束时称“出梅”，是小暑后的第一个“未日”。所以梅雨季节大致在每年公历的六七月间，这正是梅子黄熟之时。

花的生活作息表

在大自然中，植物也有自己的生活时间表，牵牛花鼓起喇叭凌晨盛开，午时花迎着太阳怒放，夜来香傍晚放花吐香。有趣的是，这些大自然的生物现象，几乎都发生在每天固定的一段时间里。

18世纪，瑞典植物学家林奈观察到自然界中这些现象，曾把开花时间不同的各种花草，有次序地种在园子里，只要看一看当时花坛里开的是什么花，就知道当时大约是几点钟了。这真是一座有趣而奇特的时钟——“花钟”。它至今还在国外的花园里、十字路口保持着。

不同地区有不同的“花钟”，同一季节里，不同时间开花的花草，可以组合成不同的“花钟”。

在我国，蛇麻花凌晨（约3点钟）首先开花，大约4点钟，牵牛花的喇叭也张开了；接着野蔷薇花开（大约5点钟），龙葵花放（大约6点钟）；然后是美丽幽雅的郁金香（大约7点钟）和半枝莲（约10点钟），大爪草（大约11点钟）盛开，午时花（大约12点钟）迎着烈日怒放，正午过后，万寿菊花开（大约15点钟），紫茉莉（大约17点钟）添香，烟草花（大约18点钟）绽开。夜晚降临，月光花（大约19点钟）吐蕊，待宵草（大约20点钟）破蕾，迎接着黎明的到来。

在我国青海湖畔，新疆玛纳斯草原，春夏之际，有一种淡黄色的小圆花，老是在早晨7～8时开放；另一种灰色的烛状花，则要到下午6时才开放。晚上，有一种白色小花在8～9时开放，散发出类似茉莉花的香味。当地牧民叫这些花为“报时花”。

在英美等国家，常见的是13种鲜花组成的“花钟”，斑纹猫耳在6时开放，非洲金盏花在7时开放，鼠耳紫苑在8时开放，多刺苦菜花在9时开放，乳状头草在10时开放，伯利恒之星在11时开放，受难花在12时开放，石竹花在13时闭合，深红紫繁缕在14时闭合，小鸢花在15时闭合，小旋花在16时闭合，白荷花在17时闭合，待宵草在18时开放。

另有一种“花钟”，是为美化城市而人工装扮的。花钟起源于17世纪，但那时只是作为一种装饰，并不真正走动。19世纪以后，才有机械花钟出现。

日内瓦莱蒙湖边有座巨大的花钟：机械结构安装在地下，地面上的钟面是鲜花组成的一幅五颜六色的图案。钟面上有时针和分针，能够同普通钟表一样指示时间。钟面上的鲜花随季节变化而调换，因此长年百花盛开，万紫千红，美艳逗人。

我国台湾也有这种花钟。美国瀑布城的花钟，世界著名。钟面由2.4万株花组成，直径有10多米，秒针有5米多长，时针和分针的自重达200多公斤。

最近，日本宫崎县后町镇公园新落成了一座造型别致，色彩斑斓的花钟。这只漂亮的大花钟，直径达28米，长针长9.7米，短针长6.9米，周围环绕着2万株收鼠尾草以及毽子花组成的花圃。这只大花钟耗资10多万美元，是目前世界上最大的花钟。

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