人类是什么时候发现了时差的存在?

晴耕雨读的浣熊君,在知乎撂地的闲散科普创作者,争取每周双更

其实就和时间观念本身一样,古人发现且利用时差这件事实际上也需要着一些前置条件,如果不满足条件,即便意识到了时差客观存在其实也并没有什么意义,也就是说,有时候在不同时代重复发现一下轮子是有意义的。

早在公元前二世纪,生于尼西亚的古希腊星象学家喜帕恰斯(Hipparchus)曾经有过类似的记录,他后来在罗德岛、亚历山大等地就发现过不同的地理位置观测同一天文现象的时间存在差异,但碍于当时的技术条件有限,尤其是计时工具的缺乏,所以他与后来整理其手稿的托勒密也只能用这一差异尝试计算两地的距离。

但随着时代更迭,一千年多后我们国人更熟悉的测算时差的尝试是在蒙古西征时,随军去过撒马尔罕的耶律楚材所著的《西征庚午元历》中的记载过,这篇文全文并不长,更多是一种类似报告的形式,大家可以自己搜来看看。

他观察到,直线距离超过 4000 公里的中都即燕京与中亚的撒马尔罕之间,使用同样的《大明历》测算时间就已经发生了误差。

成吉思汗十五年,即公元 1220 年的五月,随着蒙古大军到达并攻克了撒马尔罕,意在一战消灭花剌子模,而随军的耶律楚材也开始就地进行观测,这一年按照天干地支算是庚辰年,他就注意到这一点

“庚辰,圣驾西征,驻跸寻斯干城。是岁五月之望,以大明太阴当亏二分,食甚子正,时在宵中。”
“是夜候之未尽,初更,月已食矣。而又二月、五月朔,微月见于西南,校之于历,悉为先天。”

也就是说本来要出现在午夜的月食现象在初更就已经出现了,我们说一夜分为五更,初更说的是也就是晚上的 19:00~21:00。

如果我们按照今天东八区的北京与东五区的撒马尔罕确实存在着 3 小时的时差,也就是说按照他的计算的耶律楚材并没有算错,因为这就是东西跨经度观测后产生的时差导致的。

除此以外,他还观测次年二月本来应该完全没有月亮的二月和五月的初一,也就是朔日,在撒马尔罕的夜空居然出现了月牙,这些客观存在的现象都被耶律楚材记录并且汇报了上去。

但作为典型的儒生,知识分子得谦虚啊,他观察到一系列有趣的现象后,首先认为这是领导的栽培与组织上的肯定(),那耶律楚材的大领导是谁呢?显然就是成吉思汗了

“恭唯皇帝陛下,德符乾坤,明并日月,神武天锡,圣智夙资。”
“迈唐虞之至仁,追羲轩之淳化。冀咸神而底义,故奉天而谨时。”

赞扬与肯定了一通成吉思汗的伟大领导后,耶律楚材提出了他的观点,认为继承自金朝使用的大明历本身需要重新测定,汉唐这样的传统的中原王朝每隔一段时间就会重新测定。

而耶律楚材使用的大明历不是明朝的也不是南北朝那一版,而是金朝灭辽之后继承而来的老黄历,重修于天会五年(1127)负责人是司天监杨级主持。

当时完颜阿骨打刚死没几年,当朝理政的是他老弟金太宗完颜晟,已经是快一百年前的事情了

“汉唐以来,其书大备。经元创法,无虑百家。其气候之早晏,朔望之疾徐,二曜之盈衰,五星之伏见,疏密无定,先后不同。”
“盖建立都国而各殊,或涉历岁年之寖远,不得不差也。”
“既差,则必当迁就,使合天耳。唐历八徙,宋历九更者,良以此夫。”

而且这一波跟着西征军都干到锡尔河了,风土不同那出现误测也是很正常的,言外之意是随着蒙古疆域的越来越大,这种现象以后还会更频繁的出现。

所以耶律楚材想表达的观点就是,既然这个历法已经不能满足需求了,重新修订就非常有必要

“金用大明,百年才经一改,此去中原万里,不啻千程。”
“昔密今疏,东微西著,以地遥而岁久,故势异而时殊。”

至于说耶律楚材本人是否意识到这是个时差问题,我觉得还有待商榷,但不可否认正是他的记录最终推动了后来郭守敬等下一代历法家使用的《授时历》的技术进步。

而蒙古治世无论再怎样吹技术交流和进步,人类文明也并没有在中世纪产生技术奇点,所以对于世界上绝大部分地区的人来说,因为他们的生活范围有限,不是每一天都有像西征那样的大规模人口移动,所以对他们来说这一发现意义不能说完全没有,只能说是微乎其微。

在普通人的视角他们反而更关注地方时间是否精准,比如说我们在《天国拯救 2》的 DLC 匠心永铸里,可以看到城中那尊市政厅上方的天文钟,就完全可以给当地很大一片区域提供校准时钟的服务,这个钟坏了当地人才开始着急,因为这才是影响到了他们日常生活的大事。

但工业革命和蒸汽机驱动下的长途旅行效率,让这一切开始变得上纲上线起来,比如说《八十天环游世界》里,最终决定了主角团完成八十天赌约的胜负手,就是因为他们穿越过日期变更线让其早一天抵达,这一故事模板显然是致敬了麦哲伦船队返航时日志短一天的典故。

但如果不以一日为单位,而是以小时甚至分钟来看待时差,那么我们就会发现铁路沿线每一站很可能都有着自己的地方时,并且没有和上一站进行校准,这就导致了如果有乘客需要换乘两班同时停站的列车,就很容易因为地方时差而错过。

比如说 1876 年,时任加拿大太平洋铁路工程师的弗莱明在爱尔兰旅行时,就干过这样一个显眼的事情,他作为一个策划过沟通加拿大东西海岸的铁路工程师,自己因为地方时而在倒车的时间误了班次,连年打燕最后让燕啄了眼,这就让弗莱明爵士非常恼火。

而当时的车站、码头其实也有应对方式,在月台之类的地方,他们会同时悬挂一排时间各异的钟表,并且分别调成沿途站点的时间,但因为火车站距离其实没有那么远,所以标记的一般都是终点站,比如说纽约、旧金山时间,以及本站时间。

这一现象很快就被比较商务的旅店学了回去,时至如今我们可能更多在酒店前台看到这东西。

但这样的计时方式,实际上并没有比中世纪大家听教堂钟声强到哪里去,所以在 1879 年,弗莱明正式提出了一项革命性的方案。其核心并非简单地选定一个标准,而是构建了一套完整的逻辑体系,也就是我们今天所说的世界日与 24 时区制。

而这一倡议起初也被世界各地的老保反对,首当其冲的是宗教人士认为这是违背自然天性,属于是人类狂妄自大的表现,在美国当地人更理直气壮,说这是联邦政府的阴谋,要剥夺各州使用地方平时的权力等等,在佐治亚州甚至有人因为这件事挖了太平洋铁路的铁轨。

但在学界,许多有出差需求的学者和工程师却非常支持,觉得这种划分不光科学而且真的很方便,所以在 1881 年,11 月 18 日,北美铁路率先强制推行了“铁路标准时”系统,将大陆划分为四个时区,值得一提的事这件事本身虽然事关重大,但基本上都是铁路公司的商业行为而非由政府主导,这也是资本主义社会的一道奇景。

而因为这是头一天使用时区划分制度,所以这一天也被戏称为“两个正午之日”,当天内为了校准时钟,纽约和波士顿的车站需要在 18 日的中午 11:55 分停表,等待五分钟后再继续让表恢复运行,以此迎来“第二个”正午。

考虑到在美国做科普的难度往往不亚于短视频平台,所以当时许多人参与这场活动时也只是跟风看个乐子,毕竟在历史上火车站的钟表就像教堂的钟一样,是绝对不能随便改的东西,直到现代许多车站还会有整点报时提醒大家时间,这突然改一下大家都觉得很新鲜。

而相反的,另外西海岸的车站则是要在正午调快五分钟,整个美国被铁路公司的标准时间划分为了东部、中部、落基山和太平洋四个时区,这也是后来全球时区的一个雏形,可以说到这里人类才开始真正广泛地重视并尝试解决时差的存在。


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