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為什麼一天有 24 小時?

為什麼一天有 24 小時?

我們都知道時鐘走一圈有 12 個數字,當時針走完兩圈就代表是 24 小時過去了,是新一天的開始。然而,你又有否想過為什麼是 24 而不是 23 或 25 ,又或者不乾脆用 10 呢?

現代科學裡,時間的國際單位 (SI unit) 是秒。 1 秒的長度有精確定義:銫-133 (cesium-133) 原子基態的超精細結構 (hyperfine structure) ,當進行量子躍遷時釋放的電磁輻射頻率的 9,192,631,770 個週期的時間長度 [1] ;秒是七個物理基礎單位之一。

一天 24 小時可能源自古埃及文明。古埃及的人在一年之間變化的夜空中發現了 24 顆明亮的星,剛好能夠把整晚分成 24 等份。由於埃及接近赤道,黑夜長度大約是 12 個小時,但不要以為一晚只能看見 12 顆星!由於星星會東升西落因此在埃及的一年中任何時刻,都能看見 18 顆星(剩下的 6 顆位置接近太陽因而看不見)。而且,頭尾各 3 顆星都出現在日出或日落時候,因太陽光的關係而很難看見,因此真正容易看見的只有黑夜中的 12 顆星。所以,他們把夜間劃分成 12 等份(注意不是 11 ,只要 12 顆星放於每份的中央即可),亦按照此習慣把日間分為 12 等份。

不過在日間看不見星星,古埃及人如何得知時間?原來,他們會在日間使用一種稱為日晷 (sundial) 的儀器。這是一種把一個「人」字型垂直放在一個圓盤上的儀器,太陽光照射下來,便會在圓盤上投射出陰影,陰影指着的數字就是日間的時間。在晚間,除了使用 12 顆星之外,也有一種比較可靠的計時方法,就是利用放在特製水桶中的水位高度來顯示出夜間的 12 等份。

早晚各分為 12 等份亦有可能來自另一個原因。古埃及人採用的是 12 進制而非現在我們所使用的 10 進制。有些歷史研究指出,他們可能習慣用拇指數數目,而其他 4 隻手指各有 3 節,因此就等於 12 了。因此,一天24等份剛好等於兩隻手除了拇指之外的指節數目,所以這亦可能是他們採用 24 這個數字的原因。

不過在未來,一天可能會有 25 小時,甚至更久呢!因為月球所引起的潮汐,海水會與地球摩擦,使地球的自轉速度減慢。大約每 5 萬年地球自轉就會減慢 1 秒。因此,在大約 1 億 8 千萬年以後,我們一天就能有 25 小時用了!同樣道理,在大約 14 億年前,地球的自轉比現在快多了,當時一天可是只有 18 小時呢!原來,一天並不一定就是 24 小時的啊。

之不過,如果一天被分為 24 等份,為什麼 1 小時和 1 分鐘都卻被分成 60 等份?這就與古巴比倫人使用 60 進制有關。對古巴比倫人來說, 60 是個非常方便的數字,因為它能夠被非常多日常需要用到的數目字除盡:1、2、3、4、5、6、10、12、15、20、30。這對於表達一個數字的分數很有用。

這個習慣被流傳到古希臘。事實上,小時和分鐘被分為 60 等份的做法,與西方科學和數學之中把角度分為 360 等份有關。測量地球周長的古希臘科學家埃拉托色尼 (Eratosthenes) 首先把一個圓形分成 60 等分。之後喜帕恰斯 (Hipparchus) 把這定義推廣為 360 等份。最後,為了量度比 1 度更小的角度,古希臘人把 1 度再分為 60 角分、 1 角分再分為 60 角秒。

角分的拉丁文是 partes minutae primae ,意即「第一分割」,英文譯作 first minute ,漸漸簡稱成 minute ,即我們說的角分或分鐘。角秒的拉丁文 partes minutae secundae ,意思就是「第二分割」,即是 second minute ,之後就簡稱 second ,即我們說的角秒或秒。不過直到16世紀末發明機械時鐘之前,普羅大眾基本上都不使用分鐘和秒。

總結來說,「從上而下」把 1 天分為 24 小時,是古代天文學和度量衡傳統而來。「從下而上」由定義 1 秒到 60 秒為 1 分鐘、 60 分鐘為 1 小時,再反過來把 1 天的長度定義為 24 x 60 x 60 = 86,400 秒,則是現代科學的做法。

註:

  1. 可參考國際度量衡局 (BIPM) 對秒的定義

延伸閱讀:
Lombardi, M. A. (2007). ‘Why is a minute divided into 60 seconds, an hour into 60 minutes, yet there are only 24 hours in a day?, Scientific American, 5 March. Available at: https://www.scientificamerican.com/article/experts-time-division-days-hours-minutes (Accessed: 14 February 2021)

原刊於作者博客