古人的记时系统——昼夜一天的长度

昼夜变长

潮汐和灾变似乎是风马牛不相及的两回事，不可能扯在一起。自有人类历史以来，地球上天天都有潮汐，而且十分有规律，可以加以预报。此外，潮汐还有好些用处。船只一般都安排在涨潮之际离岸出海，因为那时上涨的海水会把船只托举起来高过水下的暗礁，而退下的海水又会有助于把船只推离海岸。

潮汐在将来还可能用来发电。涨潮时，海水漫过堤坝进入一个水库；退潮时，海水从水库流出，可以推动水轮机转动。这就是所谓潮汐发电。用这种办法可以向世界提供无穷无尽的电力。潮汐有这样多的好处，它又怎么能引起一场灾变呢？

情况是这样的。地球转动时，它的陆地渐次通过海水向外隆起的鼓包，海水一会儿漫上海岸，一会儿退下去，在这个过程中，海水必须克服海滨本身和浅海地方海底引起的摩擦阻力。为了克服这种摩擦，会消耗掉一部分地球自转的能量。

此外，地球一面在自转，它的实体一面也会在其与月球相对的两侧微微隆起，鼓出的程度大约是海洋鼓出程度的1/3。然而，固体地球能够产生鼓包，靠的是岩石之间的彼此滑动，因此地球相应地点的地壳会一会儿向上提起，一会儿又被放下，如此反复不停。地球的自转能量也会在这上面消耗一部分。当然，这部分能量并不是真的被消耗掉了，它并未消失，只是转化成了热量。换句话说，作为潮汐效应的结果，地球会获得一点热量，但自转速度会有所减慢，因而一天的时间会变得长起来。

地球的质量很大，自转也很快，所以贮藏有巨大的能量。为了克服潮汐摩擦阻力，它即使消耗了不少（从人类的标准来看）能量，把它们转化成热量，地球上一天也仅仅是稍微变长一点而已。但是，一天的时间长度即使稍有增加，日积月累，长期下来也相当可观。

例如，假定一天的长度起初就像目前这样是86 400秒，而且每过一年平均增加1秒。那么，100年以后，每一天的长度就会比开始时增加100秒，即分。也许有人说，这个差数并不算大。

然而，假定你在一个世纪开始时校准你的一块走时绝对精确的手表，那么，到第二年，它每天都会比太阳指示的时间快1秒；到第三年，每天快2秒；到第四年，每天快3秒；如此等等。到这个世纪结束时，我们按日出和日落的次数计算，经过的天数总计是36 524天。但是，那块手表按每天86 400秒走时，却记录的是36 534.8天。换句话说，一天的时间逐年只要增加1秒，仅仅过一个世纪，积累误差就会是将近11天。⁽¹⁾

当然，每一天变长的速率实际上要慢得多。

在古代，人类曾经记录过一些日食，明确地写明它们发生在一天的某个时刻。可是，根据我们的推算，它们本应该发生在另一个时刻。这种差异就是昼夜一天的长度非常缓慢地增加，长期积累的结果。

有人也许会说，古人的记时方法十分原始，而且他们的记时系统也与我们完全不同。因此，根据古人记录的日食发生的时间去引出什么结论是根本靠不住的。

然而，这里涉及的还不仅仅是时间。一次日全食发生时，在地球上只有一小块地区可以看到。举例说，如果历史上有一次日食发生的时间要比我们推算出来的时间早1小时，那么，由于地球少转动了1小时，在温带地区，看到那次日食的地点就应当比我们通过计算确定的地点东移大约1200千米。

我们纵然可以不相信古人所记录的一次日食发生的时间，然而，我们却敢肯定他们所记录的看到日食的地点是比较准确的，这样，我们就可以据以作出判断。根据古人留下来的关于日食的记录，我们可以知道自那以来积累起来的时间误差；再根据这个误差，我们就可以计算出一天时间变长的速率。正是用这种办法，我们现在已经知道地球上的一天变长的速率是每过62 500年增加1秒。

这样微小的变化，乍看起来，无论如何也不至于导致一场灾变。我们现在的一天只不过比建造金字塔时的一天长了大约1/14秒。这样小的一点差异肯定无疑是可以忽略的。可是，我们必须知道，人类的历史同地质活动史比较起来只不过是短暂的一瞬。在100万年里，每一天的长度可以增加16秒，而整个地球历史却有许多个百万年。

我们可以想象一下4亿年以前的情况。那时候，地球上的生命已经在海洋里存在了将近30亿年，刚刚才登上陆地。在过去的这4亿年中，每一天的长度已增加了6400秒，如果一天时间变长的速率一直像今天这样大的话。

这就是说，在4亿年前，一天的长度要比今天一天的长度短6400秒。6400秒就是1.8小时，这表明，当生命开始从水中爬上陆地时，那时的世界每天只有22.2小时。我们没有根据可以说这4亿年来每一年的长度发生了变化，所以我们推断出，那时候一年的长度按这个比较短的一天为单位来计算，会有395天。

这是通过计算得到的结果。我们是否有直接的证据呢？人们发现有一些珊瑚虫化石，据判断，它们是大约4亿年前生长的珊瑚虫的遗迹。这种珊瑚虫的生长速度，白天和夜里不一样，夏天和冬天也不一样。这样，在珊瑚虫化石的壳上就留有像树木年轮那样的条纹，记录下当初珊瑚石生长的天数和年数。

1963年，美国古生物学家韦尔斯（John West Wells）仔细研究了那些珊瑚化石，结果发现，在每一条比较粗的珊瑚条纹里又有大约400条细条纹。可以说，这一事实证明了在4亿年前的当时，一年大约有400天。这又说明，那时每天长21.9小时。

这个结果与计算值是相当接近的。实际上，接近程度简直令人吃惊，因为我们可以想到，每一天时间变长（如果把时间往前推，就是变短）的速率不一定就是常数。改变地球损失自转能量的速率的因素真是不少，例如月球的距离会随时间而变化（我们下面就要讨论），大陆和浅海的分布也是如此，等等。

尽管如此，倘若我们硬性假定在地球的整个历史中，一天时间变长的速率始终是一样的，那么在地球于46亿年以前刚形成时，它的自转速度是多少呢？这是不难计算出来的。如果一天长度的变化是常数，地球刚诞生出来时的自转周期应该是3.6小时。

当然，这只是算算好玩而已。更认真的计算表明，一天的时间长度最短的时候也许是5小时。实际上，地球刚诞生出来不久时，那时多半还没有月球，月球是在地球形成以后的某个时期才被地球俘获的。潮汐对地球的减慢效应肯定出现得要比46亿年以前晚，恐怕还晚得相当多。考虑到这些因素，地球早期一天的长度多半是10小时，或者15小时。

对于这个估计我们仍没有把握。对于地球最早时候一天的长度，我们一点直接证据都没有。

不管怎样，在地球的古老年代，仅仅是一天的时间比现在短，对生命不会有多大影响。在那种情况下，地球上某一地点在比较短的白天受到加热的时间要少一些，而在比较短的夜间冷却的时间也要短一些。因此，原始地球上的温度只会是比现在更稳定一些而已，有机体当然是能够适应那种环境的，也确实生存了下来。其实，对于生命来说，那时的环境恐怕比现在还要好些。

可是，一天的长度如果继续变长，将来又会怎样呢？