给孩子讲时间简史—大科学家讲给小朋友的前沿物理学我们为什么要谈时间呢

我们为什么要谈时间呢，是因为我们通常说的“一寸光阴一寸金”吗？这当然是一部分原因。还有一个也许是更重要的原因，那就是，为了解释宇宙中发生的各种现象，物理学家需要时间这个概念，同时，需要发明精确的仪器来记录时间，例如手表，例如手机里的时钟。

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其实，人类记录时间已经有很长的历史了。日晷是古代的钟，用来看时间的。当太阳照到日晷上的时候，日晷上的那根针就将影子投在日晷的盘上。随着太阳在天上移动，针的影子就在盘上移动。日晷的盘上还有一些刻度，用来表示时间。
我们再来看一下日晷盘上的刻度。我们看到，上面有子、丑、寅、卯等等。下方的那个“午” ，就是中午的意思。当晷针的影子与“午”重合时，就是中午12点。中国人用这个办法来记录时间，有好几千年了。而在古代巴比伦，用这种方式来看时间也有近6000年了。顺便说一下，晷这个字，就是日影的意思。
那么，为什么用这种方式来记录时间是可靠的呢？这是因为，太阳在天上移动的速度基本上是不变的。当然，我们看到太阳移动主要是因为地球在转动，地球转动的速度也基本不变。远古的人当然不知道地球在转动，更不知道地球的转动速度为什么不变，但是他们通过观察发明了日晷这种比较精确的计时方式。
我们的古代人除了“日出而作，日落而息”需要看时间，一年四季种庄稼也要看时间，这就需要精确地记录季节的变化，这是比一天更长的时间。比如说，汉代有名的科学家兼文学家张衡写过一首长诗，就是《东京赋》，里面就写道：“规天矩地，授时顺乡。 ”规矩现在是测量的意思，我们也可以这么理解。当然，张衡写这句话真正的意思是效法天地，可见，天地的变化是可以用来记录时间的。授时就是政府机构记录时间告诉老百姓，而顺乡就是遵守老百姓的习俗，这里当然包括种地。

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说到张衡，我们要说说这位中国古代伟大的科学家的故事。他出生在公元78年，正是东汉年间。他的祖父是东汉的开国功臣，他自己则不太喜欢当官。不过，因为他精通天文，东汉第六任皇帝汉安帝刘祜就请他来做顾问，后来又升他为太史令。太史令其实也不是什么官员，主要负责我们前面说的授时、制定历法。张衡就是在担任太史令期间改进了浑天仪。
因为张衡不是什么大官，历史上对他的故事记录得比较少。 1983年，上海电影制片厂拍了个《张衡》的电影，里面有不少张衡的故事。比如说，有一段故事是这样的：张衡一面在太学府抄书，一面研制地动仪。地动仪模型的出现，引起了骑都尉亶谱的惊恐。他污蔑地动仪为“妖器” ，下令将它烧掉，但当他听说这是写著名的《二京赋》的张衡所造，又加以夸奖。他假惺惺地邀张衡到家中，用盛宴和美女来诱惑张衡，希望张衡为一本预示吉凶的书作注。
现在，我们对张衡的地动仪是否能够精确测报地震表示怀疑，但是他制造的浑天仪确确实实是重要的天文学仪器。张衡并不是浑天仪的发明人，浑天仪在西汉时就被发明了出来，但张衡极大地改进了浑天仪。
浑天仪看上去是一个球体，其实是由几个可转动的圆圈组成的。现在陈列在南京紫金山天文台。这个浑天仪最大圆圈的周长有4米多。浑天仪有一根轴穿过球心，轴穿过南极和北极。北极就是北极星所在的位置，南极当然在我们中国是看不到的，张衡只是推测有南极。浑天仪的构造非常巧妙，它转动起来很像现代的望远镜，一个方向的转动可以抵消地球的转动，另一个方向的转动可以让浑天仪上刻着的28星宿的方向和天上星宿的方向完全一致。
好玩的是，浑天仪上装着两个漏壶，壶底有孔，壶里的水通过孔滴出来，就会推动圆圈，让圆圈按着刻度慢慢转动。于是乎各种天文现象便赫然展现在人们眼前。这件仪器当时被安放在东汉皇宫里，在灵台大殿的一个房间里。夜里，房间里的人把某时某刻出现的天象及时报告给灵台上的观天人员，结果是仪器上所见与天上所现完全相符。这是非常神奇的事，说明张衡对天象的运行规律非常了解。