為什麼一分鐘分為 60 秒,一小時分為 60 分鐘,而一天只有 24 小時?

科羅拉多州博爾德市國家標準與技術研究所時間與頻率部門的計量學家 Michael A. Lombardi 來解釋這個問題。

在當今世界,最廣泛使用的數字系統是十進位制(以 10 為基數),這個系統可能起源於它使人類用手指計數變得容易。然而,最早將一天劃分為較小部分的文明使用的是不同的數字系統,特別是十二進位制(以 12 為基數)和六十進位制(以 60 為基數)。

由於有埃及人使用日晷的文獻證據,大多數歷史學家認為他們是第一個將一天劃分為較小部分的文明。最早的日晷只是插在地上的木樁,透過產生的陰影的長度和方向來指示時間。早在公元前 1500 年,埃及人就開發了一種更先進的日晷。這種儀器是一個插在地上的 T 形杆,經過校準可以將日出和日落之間的時間間隔劃分為 12 個部分。這種劃分反映了埃及對十二進位制系統的使用——數字 12 的重要性通常歸因於它等於一年中的月球週期數,或者每隻手上手指關節的數量(四根手指中的每一根有三個,不包括拇指),使得可以用拇指數到 12。下一代日晷很可能形成了我們現在稱之為“小時”的第一個表示形式。儘管一天中的小時大致相等,但它們在一年中的長度各不相同,夏季的小時比冬季的小時要長得多。


支援科學新聞報道

如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保關於塑造當今世界的發現和想法的重要故事的未來。


在沒有人造光的情況下,此時期的人類將陽光照射期和黑暗期視為兩個對立的領域,而不是同一天的一部分。在沒有日晷的幫助下,劃分日落和日出之間的黑暗時間間隔比劃分陽光照射期更為複雜。然而,在首次使用日晷的時代,埃及天文學家還首次觀察到一組 36 顆恆星,它們將天體圓周劃分為相等的部分。夜晚的流逝可以用 18 顆恆星的出現來標記,其中三顆被分配給兩個難以看到星星的暮光時期。完全黑暗的時期用剩下的 12 顆恆星標記,再次導致夜晚的 12 個劃分(再次致敬十二進位制系統)。在新王國時期(公元前 1550 年至 1070 年),這種測量系統被簡化為使用一組 24 顆恆星,其中 12 顆標記夜晚的流逝。水鍾,或稱漏壺,也被用來記錄夜晚的時間,它可能是古代世界最準確的計時裝置。這個計時器——在卡納克阿蒙神廟發現的一個標本,可追溯到公元前 1400 年——是一個內部表面傾斜的容器,以允許水壓降低,上面刻有刻度,標記著在不同月份將夜晚劃分為 12 個部分。

一旦光明和黑暗的小時都被劃分為 12 個部分,24 小時一天的概念就形成了。然而,固定長度的小時的概念直到希臘化時期才出現,當時希臘天文學家開始將這種系統用於他們的理論計算。希帕克斯的工作主要發生在公元前 147 年至 127 年之間,他提出將一天劃分為 24 個春分小時,基於在春分日觀察到的 12 小時白天和 12 小時黑夜。儘管有這個建議,但普通民眾在許多世紀以來繼續使用季節性變化的小時。(固定長度的小時直到 14 世紀機械鐘首次在歐洲出現後才變得普遍。)

希帕克斯和其他希臘天文學家採用了巴比倫人先前開發的天文技術,巴比倫人居住在美索不達米亞。巴比倫人在他們從蘇美爾人那裡繼承的六十進位制(以 60 為基數)系統中進行天文計算,蘇美爾人大約在公元前 2000 年開發了該系統。儘管不知道為什麼選擇 60,但值得注意的是,它對於表達分數很方便,因為 60 是最小的可被前六個計數數字以及 10、12、15、20 和 30 整除的數字。

儘管六十進位制系統不再用於一般計算,但它仍然用於測量角度、地理座標和時間。事實上,時鐘的圓形表面和地球的球體都將它們的劃分歸功於巴比倫人 4000 年前的數字系統。

希臘天文學家埃拉托色尼(生活在公元前 276 年至 194 年左右)使用六十進位制系統將一個圓劃分為 60 個部分,以便設計一個早期的緯度地理系統,水平線穿過當時地球上著名的地點。一個世紀後,希帕克斯規範了緯度線,使它們平行並符合地球的幾何形狀。他還設計了一個包含 360 度並從北極到南極的經度線系統。在他的著作《天文學大成》(約公元 150 年)中,克勞狄烏斯·托勒密解釋並擴充套件了希帕克斯的工作,將每個 360 度的緯度和經度細分為更小的部分。每個度被劃分為 60 個部分,每個部分再次細分為 60 個更小的部分。第一個劃分,partes minutae primae,或第一個分鐘,簡稱為“分鐘”。第二個劃分,partes minutae secundae,或“第二個分鐘”,被稱為秒。

然而,直到《天文學大成》出版後的許多世紀,分鐘和秒才被用於日常計時。時鐘顯示將小時劃分為一半、三分之一、四分之一,有時甚至分為 12 個部分,但從來沒有分成 60 個部分。事實上,小時通常不被理解為 60 分鐘的持續時間。直到 16 世紀末第一批顯示分鐘的機械鐘出現,公眾才開始考慮分鐘是實際的。即使在今天,許多時鐘和手錶的解析度也只有一分鐘,而不顯示秒。

由於定義和保留時間劃分的古代文明,現代社會仍然認為一天有 24 小時,一小時有 60 分鐘,一分鐘有 60 秒。然而,計時科學的進步已經改變了這些單位的定義方式。秒曾經是透過將天文事件劃分為更小的部分來推匯出來的,國際單位制(SI)一度將秒定義為平均太陽日的某個分數,後來將其與迴歸年聯絡起來。這種情況在 1967 年發生了變化,當時秒被重新定義為銫原子 9,192,631,770 次能量躍遷的持續時間。這種重新表徵開啟了原子計時和協調世界時(UTC)的時代。

有趣的是,為了使原子時間與天文時間保持一致,偶爾必須向 UTC 新增閏秒。因此,並非所有分鐘都包含 60 秒。一些罕見的分鐘,大約每十年發生八次,實際上包含 61 秒。

參考文獻

  • 時間的擺錘。Jo Ellen Barnett。Plenum Press,1998。

  • 數學史。Florian Cajori。MacMillan and Co.,1894。

  • 小時的歷史。Gerhard Dohrn-van Rossum。芝加哥大學出版社,1996 年。

© .