1年有多少天？
1个月有多少天？
1年有多少个月？
1天为什么是24小时？
1小时为什么是60分钟？
1分钟为什么是60秒钟？
1秒钟有多久？
11月17日，广州院士专家校园行走进广州市第73中学，杜如虚院士带来一场主题为“时间之旅”的讲座。杜如虚院士向同学们娓娓道来关于时间、历法的知识，带领同学们了解关于时间的秘密。
专家介绍
杜如虚
华南理工大学吴贤铭智能工程学院教授，原香港中文大学自动化与计算机辅助工程学系教授，精密工程研究所所长，原广州中国科学院先进技术研究所建所所长。多年从事智能工程及精密制造领域的研究。年当选美洲机械工程学会院士，年当选国际制造工程学会院士，年当选香港工程师协会院士，年当选为加拿大工程院院士。
在古代，不同的文明是怎样看待“时间”这一概念
在西方（犹太教、基督教、伊斯兰教）等文明看来，时间是单向的、线性的，是一去不复返的。
在东方（印度教、佛教）等文明看来，时间是循环的，是无始无终的。
在许多非洲部落看来，时间是一个个事件的记录。
在许多美洲部落来看，时间一分二，一个是“过去及现在”，一个是“未来”。
而在澳大利亚原住民的观念里，时间是一种虚拟的东西。
最早的计时工具——日晷
早在数千年前，人类已经有了时间的概念，并不断尝试对时间进行测定。一日之内，何时日出日落？一月之中，何时月盈月亏？一年之中，春夏秋冬何时交替？利用日影原理制作的日晷，可以算是最早出现的计时工具，且世界不同文明都曾使用过。
土耳其的哥贝克力遗址（GobekliTepe）诞生于一万两千多年前，在遗址中发掘出45块T型巨石，它们就拥有日晷的功能。
GobekliTepe,Turkey,9,BC
爱尔兰纽格莱奇墓（Newgrange）位于爱尔兰东北部的米斯郡，被认为大约建造于新石器时代的公元前年左右，是爱尔兰最为著名的史前坟墓之一。在夏至那天的清晨，阳光会照射到房子的中间，充满墓室。
Newgrange,Ireland,3,BC
埃及的日晷最早建于公元前年，其中最大的约有40米高，重达吨；埃及现有约个日晷传世。
克里奥帕特拉之针（Cleopatra’sNeedle）建于公元前年，埃及法老拉美西斯二世（RamessesII，公元前年-公元前年）曾在上面刻字记录自己的名字和功绩：“…,阿蒙的选君、太阳的儿子、上下埃及的国王，拉美西斯，年轻、美丽，光荣，就像太阳从地平线升起，光照大地,…”克里奥帕特拉（Cleopatra，公元前69年-元前30年）后来将它移到了亚历山大城；在年，它被搬到纽约，竖立在中央公园内。
Cleopatra’sNeedle
除了以上的日晷，世界其他国家包括中国都出现过不少大型日晷的历史遗物与遗址。
学生们听得津津有味
历法的演变
一、古埃及历法
中国古代最早的历法“北斗历法”，是指以北斗星斗柄旋转指向为依据制定的历法。而在埃及，最早的历法则是以天狼星为基准。为什么会有这样的不同呢？
埃及首都开罗所处的纬度与上海相似，但地理气候不同。埃及的一边是地中海，而另一边则是沙漠，尼罗河是古代埃及人农耕的重要依靠。尼罗河河水发源于高山上融化的冰川，每到六月初，天气炎热，尼罗河河水水位上升，是古代埃及人农耕季节的开始。而在这时，恰好天狼星偕日升，所以埃及人创造的历法就以天狼星为基准。
*偕日升是指一颗恒星(也可以是月球或行星)经过影藏在地平线下一段时间或一定的周期之后，首度在拂晓时又出现在东方地平在线，或是正好在地平在线但隐藏在太阳的光芒之中的现象。
古埃及天狼星女神Sopdet
二、出现在公元前45年的儒略历
儒略历（Juliancalendar）是由罗马共和国独裁官儒略凯撒采纳埃及亚历山大的数学家兼天文学家索西琴尼的计算后，于公元前45年1月1日起执行的取代旧罗马历法的一种历法。
在儒略历中，一年被分为天，但没有定义哪一天是岁首（一年里的第一天），每四年有一个闰年；一年被分为12个月，1、3、5、7、8、10、12为大月，有31天；4、6、9、11是小月，有30天；2月特别，只有28天（闰时有29天）；而一周被分为七天，以各日、月、金、木、水、火、土各神祗命名；一天被划分了24小时，但当时没有定义分钟。
凯撒（GaiusJuliusCaesar，公元前年?公元前44年）
三、非常接近现代公历的格里高利历
儒略历虽然已经比较准确，但仍存在一定的误差。儒略历每年会有一天的误差，到了1年，就已经有十多天的误差了。
教皇里奥十世（LeoX，年-年）首次提出改革历法，而同一时期的哥白尼（NicolausCopernicus，年-年）提出了日心说，为更准确地制定历法提供了理论。年，罗马教皇格里高利十三世实施新历法，修正后的格里高利历平均年长度为.天，与地球公转一回归年.天已相差无几。
世界消失了十天？
重新修正之后的格里高利历与儒略历相比，在年与月的测定上有了修改。
凡是能被整除的年份（如0年）不闰，因此每年会有一天的误差；
19年=月的墨东周期（Metoniccycle）有1小时27分30秒的误差，每隔.7年就会相差一天。计算的方法是七次每隔年减去一天，第八次是隔年减去一天；据此可以准确地计算月圆之日。
有趣的是，由于使用了新的格里高利历，世界曾消失了十天，是因为要消除此前儒略历带来的误差，年10月4日往前跳十天，成为10月14日。
四、现行公历
年，国际时间组织成立，并确定了公历的实施方法。
杜如虚院士讲课常旁征博引，增加了许多知识点
恒星年比回归年长20分24.5秒，为什么？
对于一年时间的定义，有恒星年和回归年两种。它们之间有什么区别，它们的时间是一样长的吗？
其实，它们之间的定义和时间长度都是不一样的。恒星年是指地球绕太阳公转一周的时间，每个恒星年（SiderealYear）为.256364天；而回归年是太阳直射点在南北回归线之间移动的周期，每个回归年（SolarYear）则为.89天。恒星年比回归年要长20分24.5秒，这是由于地球自转轴的进动导致的。
比方说，陀螺在地面上高速旋转时，自转轴有一点歪的话，陀螺的自转轴会慢慢地转动方向，这种自转轴方向的变化叫自转轴进动。地球的公转轨道与赤道之间存在夹角，可以看作是一个围绕着太阳公转的歪了的陀螺，所以自转轴也会发生进动。而恒星年和回归年之间的时差，就是地轴“惹的祸”。
不同历法之间的差距有多少？
现代，因为科技的进步，我们可以通过原子钟获得对“一年时间”最准确的测量值——日5时48分46秒。但数千年来，不同文明的天文学家们都对“一年时间”进行了测定，并提出了属于自己的历法。到底这些历法之间的差距有多大？
年份
源起
测量值
误差
现在标准
原子钟
日5时48分46秒
无
公元前-年
古希腊Hipparchus
日5时55分
+6分14秒
公元前年
中国太初历
日5时34分58秒
-13分48秒
公元前45年
儒略历
日6时
+11分14秒
年
罗马托勒密
日5时55分13秒
+6分27秒
年
印度Aryabhata
日8时36分30秒
+2时47分44秒
年
阿拉伯al-Battani
日5时48分24秒
-22秒
约1年
波斯
OmarKhayyam
日5时49分12秒
+26秒
年
西班牙AlfonsineX
日5时49分16秒
+30秒
约年
波斯UlughBeg
日5时49分15秒
+29秒
年
波兰哥白尼
日5时49分29秒
+43秒
年
格里高利历
日5时48分20秒
-26秒
有了准确的历法是不够的，我们还需要准确的计时工具。在我国，古人除了依靠日出日落来判断时间，还会使用滴漏铜壶来作为计时工具。而钟表技术，则由最早的摆钟表发展到机械钟表，再发展到如今大家常用的石英表。
石英表的有趣小知识——居里的一家
在现代计时工具中，石英表的应用非常广泛。而石英表的理论基础是“石英及压电效应”，他们的发明者是比尔居里（PierreCurie，年-年）与杰克斯居里（JacquesCurie，年-年）兄弟二人。看到“居里”二字，同学们是不是感觉非常熟悉？
没错，他们跟我们都学过的居里夫人是家人。比尔居里（PierreCurie，年-年）与玛丽居里（MarieSklodowskaCurie，年-年）是夫妻。
居里夫人的女儿伊雷娜约里奥-居里（IrneJoliot-Curie，-）同样是一位伟大的科学家，她因为发现人工放射性物质而获得了诺贝尔奖。而她的妹妹，则是一位优秀的音乐教育家和人物传记作家，《居里夫人传》就是出自她手。
石英表的先进性
虽然目前大家所熟知的昂贵的奢侈表品牌，大多都是生产机械表为主。但其实，作为计时工具的石英表比机械表更加精确，误差差距达到0倍。目前，石英表已占据手表市场90%的份额。
机械表
石英表
振荡频率（赫兹）
3
尺寸（毫米）
15
2
能耗（毫瓦）
3
误差（秒/天）
10
0.01
目前最准确的计时工具——原子钟
要说目前世界上最准确的计时工具，那就是原子钟，至少上万年才会有一秒钟的误差。它的理论基础是英国科学家凯文勋爵（WilliamThomson，年-年）发现了原子振荡，并提出可以用于计时。世界上第一个原子钟是在年被美国标准局（后改为美国国家标准与技术研究院）制作出来的。
凯文勋爵（WilliamThomson，年-年）
原子钟的工作原理
当原子从一个“能量态”跃迁至低的“能量态”时，它便会释放电磁波。由于这种电磁波非常稳定，再加上利用一系列精密的仪器进行控制，原子钟的计时就可以非常准确了。例如铯的共振频率为9，，，Hz（即一秒钟震荡9，，，次）。
铯（Cesium）
值得一提的是，铯是一种液态金属，与我们所熟知的另外一种液态金属水银一样，它具有剧毒性。
如果想更深入了解上述科普内容，
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在讲述历法演变的过程中，杜如虚院士旁征博引，添加了许多有趣的知识，如介绍了凯撒大帝、亚历山大大帝、克里奥帕特拉女王、哥白尼等历史名人事迹，使课堂气氛非常活跃。同学们纷纷被杜院士的精彩讲述所吸引，全情投入，仿佛跟随着杜院士进行了一场美妙的“时间之旅”。在讲座结束后的提问环节中，同学们都踊跃举手提问，希望能从杜院士身上汲取更多有关时间的知识。
同学们都积极提问
最后，杜院士以自己为例，勉励同学们在学习上要保持“永不停步”的态度。他说：“我现在工作很忙，但我都会每天抽出一个小时来学习、阅读，不断学习新的东西，才能有更大的进步。”
广州院士专家校园行
广州院士专家校园行活动以弘扬科学精神、倡导科学思想、传播科技知识为重点，依托中国科协的网络资源和人才智力资源，邀请中国科学院、中国工程院以及全国，包括港澳台地区各高校、科研院所的优秀科技工作者，为小学、初中和高中不同年龄层的青少年开展科普讲座。讲座内容以适合青少年特点，容易被理解和接受的现代科学知识为主，不仅突出知识性、科学性和通俗性，更强调趣味性和新颖性。授课形式多样，语言浅显通俗易懂，同时，通过分享科学家的拼搏、创新的人生经历，传播科学精神，引发青少年思考。
项目开展以来，已组织包括中国科学院、中国工程院及世界科学院的欧阳自远、张景中、陈新滋、刘人怀、钟世镇、黄乃正（香港）、方滨兴、杜如虚、林浩然、叶玉如（香港）、吴硕贤、刘焕彬、徐义刚、张培震、罗锡文等15名院士在内的70多名科学家，走进广州11个区的所中小学，为15万余名中小学生开展现场科普讲座场；年受疫情影响，广州院士专家校园行采取线上讲座的方式开展活动，录制了17场专家讲座在网络平台上播放，并刻录多张讲座光碟发放到各中小学校，活动深受广大学生欢迎。
来源：广州市青少年科技中心
