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3.时间单位

量纲（dimension）是指物理量的基本属性，物理学的研究可定量地描述各种物理现象，描述中所采用的各类物理量之间有着密切的关系，即它们之间具有确定的函数关系.为了准确地描述这些关系，物理量可分为基本量和导出量.基本量是具有独立量纲的物理量，导出量是指其量纲可以表示为基本量量纲组合的物理量；一切导出量均可从基本量中导出，由此建立了整个物理量之间函数关系.这种函数关系通常称为量制.以给定量制中基本量量纲的幂的乘积表示某量量纲的表达式，称为量纲式或量纲积.它定性地表达了导出量与基本量的关系，对于基本量而言，其量纲为其自身.在物理学发展的历史上，先后曾建立过各种不同的量制：CGS量制、静电量制、高斯量制等.1971年后，国际上普遍采用了国际单位制（简称SI），选定了由7个基本量构成的量制，导出量均可用这7个基本量导出.7个基本量的量纲分别用长度L、质量M、时间T、电流强度I、温度Θ、物质的量n和光强度J表示，则任一个导出量的量纲dimA=L^αM^βT^γI^δΘ^εn^ζJ^η，这是量纲的通式.式中的指数α，β，γ…称为量纲指数，全部指数均为零的物理量，称为无量纲量，如精细结构常数即为一无量纲量.此外，速度的量纲dimV=LT^－1，加速度a的量纲dima=LT^－2等.

物理量之间的有规律联系还通过描述自然规律的各种定律表示出来.因此当一个单位制的基本量确定后，其他的物理量就可以通过既定的关系或定律，定义为用基本量表示的导出量，并通过代数式表示为基本量的幂次乘积.由于选取的基本量不相同，同一个物理量在不同的单位制里的量纲可以互不相同.这在电磁学中是常有的.例如高斯单位制中的基本量是长度、质量和时间，而电磁学的MKSA制（电磁单位制）中的基本量是长度、质量、时间和电流.

当年量子力学大师狄拉克曾经说：“最难的问题是时间”.钟(计时器)显示出的秒、分、时，它不是实质上的事物.时间就像一把尺子一样不代表空间，计时器和尺子是人为制做的测量工具.物质存在的形式是时间和空间，如果没有物质存在就没有时间和空间.物质的波长、频率、是客观存在的事物.如德布罗意波就是一个基本粒子在空球中转一周是一个波长，一个物体沿圆周旋转一圈叫周期，周是一圈，期是时间，周期用T来表示.基本粒子的频率是时间的本质.在“人世”的现实中，所谓的“时间”和“空间”，只是在全人类共同感知并达成共识的基础上才有了明确的概念和真实的意义.就时间来说，一方面，要依靠天文学研究确立全人类统一的从年、月、日、时、分、秒…的时间计量体制及其基准（格林尼治时间就是享有最高权威的国际标准时间）；另一方面，要依靠计量学的研究，确立力求精确的时间基准（如一秒钟的“时长”）并解决相应的量值传递技术手段.20世纪后半期以来，无线电电子学和电子计算机技术的迅猛发展，及其在在各个领域特别是在尖端科技（如国防军工、航空航天等等）的广泛应用，今天在全球时间的唯一性与可操作性上，无论在理论上或实践上均不存在任何疑问.特别值得一提的是，航天技术与现代天文学研究相结合，已创造出了许许多多令人叹为观止的世间奇迹！如：2005年美国东部时间7月4日凌晨1时52分（北京时间7月4日13时52分），美国宇航局的“深度撞击”彗星撞击器，成功击中坦普尔1号彗星的彗核表面.又如格林尼治时间2009年7月22日零时51分起，全人类共同观赏了21世纪的“世纪之食”（整个见食时间达6分43秒，是本世纪最长的一次）.“年、月、日、时、分、秒”之时间单位的天文物理意义，是对地球自转及公转运动过程（趋势）的描述或记录方式.可见，地球时间的本质，实际上就是地球在太阳系空间中的运动进程.时间就是天体在轨道空间中的位置及其连续不断地改变的过程，时间的流逝就是天体在太空空间中的运动及其变化和勇往直前地推进过程.进一步地，时间的天体运动本性，必然表现为单向不可逆并持续不断的特性.因此，时间的概念是对天体运动规律及特性的一种描述方式.结论：时间就是天体的空间位置及运动.

1.时间的概念、单位和60进制的起源

时间概念起源于周期性的天文现象.根据资料考证，最早的时间概念起源于地球相对太阳的转动角度变化.例如：太阳的周期性升落（即地球绕地轴自转一周）产生了“日”（天）的概念，月亮的周期性圆缺（即月亮绕地球转动一圈）产生了“月”的概念，地球的周期性冷热（即地球绕太阳公转一圈）产生了“年”的概念.大约到了公元前3000多年（一说4000多年），人们又把一日划分为若干相等的小单位，经过漫长的演变过程才形成了现在的小时、分、秒的时间概念.

资料考证还表明，最早的时间的基本单位“秒”可能是从平面角度的（角）秒转化或借用过来的.因为自古以来，人们就是根据地球相对太阳转动的角度变化来计时的，所以时间的计量与平面角度的变化也就有了必然地联系.从时间的单位来说：1小时＝60分，1分＝60秒；从平面角度的单位来说：1（角）度＝60（角）分，1（角）分＝60（角）秒.显然，这里时间与平面角度的单位名称都相同——都是“分秒”，因而采用相同的进制——60进制也就成为了必然的选择（据载：美索布达米亚人和苏梅尔人最早发明了60进制）.正因为最早的时间是根据地球相对太阳转动的角度变化来计量的，也因为时间和平面角度具有相同的单位和名称，所以有的学者据此认为，最早的时间“秒”的名称可能是从平面角度的“秒”转化或借用过来的（有的学者还认为，最早的时间“秒”的量值单位可能是从人的脉搏跳动次数转化或借用过来的）.

资料考证还表明，时间和平面角度采用60进制可能与制订历书有关，因为制订历书要对天体运转的圆周进行等分，而等分中能把60除尽的整数又比10进制的多.例如：地球相对太阳自转一周的平面角度（360度）等于时间的1天（24小时），即1圆周＝1天（日）；也就是360度＝24小时，1度＝4（时）分，1（角）分＝4（时）秒，15（角）秒＝1（时）秒.很明显，这些单位之间换算起来既简便又无小数.因此，60进制的采用也就成为了时间和平面角度的最佳选择.当然，后来的实际也证明了时间和平面角度采用60进制，不论从数值计算还是从单位换算来说确实是很简便的.

既然从时间和平面角度采用60进制的历史过程来说是必然的选择，从时间和平面角度的换量计算来说也是很简便的，那么为什么有的国家还要改其为10进制呢?据说是为了与10进制的国际单位制相一致.例如1793年法国就曾把时间的60进制改变为10进制，然而这种改变根本收不到好效果，因此只持续几个月就废除了.法国60进制的改革虽然废除了，但这并不说明60进制不可改变.从另一个方面来讲，秒的次级单位毫秒和微秒已经按10进制计算了.那么.，是否有一天也会对秒及其分、小时也按10进制计算呢？这当然只是一个计量的习惯性、简便性和经济性问题.应该说，当人们对这些问题形成共识的时候，60进制的改变也是可能的事情.

2.国际单位制中的时间单位和进制

不论60进制是否会改变，也不论时间的基本单位是否会改变，就国际单位制的基本单位来说，时间秒是保留60进制的唯一单位.这也许就像有的学者所指出的那样，时间和平面角度的60进制是建立在自然规律基础上的，是反映了自然规律的“自然进制”，是不依人们的意志为转移的，是不可改变的.

物理问题所涉及的量可以按照其属性分为两类：一类物理量的大小与度量时所选用的单位有关，称为有量纲量，如常见的有长度、时间、质量、速度、加速度、力、动能、功等；另一类物理量的大小与度量时所选用的单位无关，则称为无量纲量，如角度、两个长度之比、两个时间之比、两个力之比、两个能量之比等.

对物理问题的认识，最简单的是比较物理量的大小，显然只有对具有同样属性的物理量才能比较它们的大小.进一步是了解物理问题中的因果关系.作为原因的诸多物理量之间，总会以一种有机的联系来反映作为结果的物理量.讨论这种联系首先要明白诸量的属性或量纲，特别是作为结果的物理量的量纲，必须与作为原因的诸多物理量的量纲之间，建立反映该问题物理本质的固有联系.在认识物理问题的规律中离不开对物理量的度量.度量某一个物理量，需要以一定方式将该量与一个取作单位的同类量相比较.如在力学问题中常采用cm、g、s分别作为度量长度量、质量量和时间量的单位，并称为物理单位制.但用物理单位制讨论和研究物理问题时很不方便.最本质的办法是选用本问题中能够反映问题特征的物理量来当作单位.一般，在物理问题的因果关系中，特别是在作为原因的自变量中选择某几个具有独立量纲的自变量当作单位，组成单位系，用来度量该问题中所有的物理量.如在运动学问题中可选用一个特征长度和一个特征时间组成单位系；在动力学的问题中，则除了选用一个特征长度、一个特征时间外，还要选用一个特征质量或特征力，三者组成单位系.