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FIELD NOTES / 023
科學與時間 · 2026-11-10 刊出 · 9 分鐘閱讀

一分鐘有時有六十一秒,是誰多放了一秒?

原子鐘均勻地走,地球自轉卻不完全規律。閏秒曾把兩者拉近,如今時間制度又選擇了另一種取捨。

閏秒原子鐘UTC時間標準一篇從現象走向機制的探索

倒數跨年的最後幾秒,我們習慣從五、四、三、二、一,直接走進新的一年。不過,世界時間的紀錄曾經在午夜前多出一格:23:59:60。這不是螢幕壞了,也不是把一秒切得更細,而是真的多編了一個秒的號碼。既然原子鐘已經很準,為什麼還要替它加一秒?

一、地球不是一座均勻轉動的鐘

把一天分成二十四小時,每小時六十分,每分鐘六十秒,會得到 86,400 秒。這套熟悉的分法,很容易讓人把一秒想成地球自轉一天的八萬六千四百分之一。但今天國際單位制的秒,不再每天跟著地球重新決定長度。

國際度量衡局的定義,以銫-133 原子特定躍遷對應的頻率為依據,將其數值固定為 9,192,631,770 赫茲。換句話說,對應輻射的這麼多個週期,給出一秒的長度。這不是把某一座鐘宣布為永遠正確,而是讓不同實驗室能依共同定義實現時間單位。

原子躍遷的頻率固定,地球的自轉速度卻會變動。NIST 的說明指出,地球有時轉得快,有時轉得慢;從長時間尺度看,自轉有逐漸變慢的趨勢。因此,均勻累計原子秒,和追蹤地球轉到哪裡,未必能一直得到相同讀數。相較之下,原子鐘更穩定。

二、UTC 同時接上原子鐘與地球

國際原子時 TAI 提供以原子鐘為基礎的時間尺度;協調世界時 UTC 則是多數國家民用時間的基礎。兩者平常以相同速率前進,但相差整數秒。另一個尺度 UT1 描述地球的自轉,它要靠觀測,而不是只把原子秒一直加下去。

自 1972 年採用的閏秒安排,試著兼顧兩種需要:保留原子時間的均勻節拍,又讓 UTC 不要離 UT1 太遠。當兩者的差值預計接近 0.9 秒界線時,就按規則調整。這個差值由國際地球自轉與參考系統服務(IERS)觀測,並不是各國自己看到時鐘不順眼,就各加一秒[3]。

所以,閏秒不是修理一座走慢的原子鐘。它調整的是兩種時間尺度的關係。原子鐘代表經過了多少均勻的時間,UT1 則讓時間接上地球自轉的方向。曾經,UTC 用閏秒制度讓兩者的數值維持相近。

三、多出來的那一格,出現在什麼地方?

正閏秒加在 UTC 一天結束的位置。秒數先走到 23:59:59,接著是 23:59:60,才到隔天的 00:00:00。多出的是一個完整的秒,不是讓原本那一秒突然變得比較長。下面把三種情況並列,便能看出差別。

UTC 午夜前後的秒數順序
情況跨日前的最後幾秒
一般23:59:58 → 23:59:59 → 00:00:00
正閏秒23:59:59 → 23:59:60 → 00:00:00
負閏秒23:59:57 → 23:59:58 → 00:00:00

依 NIST 序列整理。負閏秒一列為規則示意,不是已發生的事件。

負閏秒則相反:若規則要求刪去一秒,會從 23:59:58 直接跳到隔天的 00:00:00。NIST 的紀錄指出,過去實施的閏秒都是正的;負閏秒在規則上有安排,卻尚未實際用過。不能因為長期自轉趨勢變慢,就認定永遠只需要加秒。

閏秒也不等於閏年。閏年依日曆規則加入一天,調整年與季節的對應;閏秒則根據地球自轉的觀測決定,沒有每四年一次的固定週期。兩者都在處理時間與天體運動的關係,卻不能用同一本排程表預告。

四、人能多等一秒,電腦得知道怎麼記

對大多數人的生活,多一秒幾乎沒有感覺。但資料記錄、通訊與授時系統必須事先知道,那個多出的秒要如何表示。NIST 特別提醒,這些系統每逢閏秒都需要留意處理方式;不能只因人類覺得時間很短,就推論系統也不受影響。

Google 採用的辦法叫 leap smear:不在單一瞬間跨出一格,而是把那一秒分散在前後一段時間裡。其公開文件提出從 UTC 中午到隔天中午、共二十四小時的線性調整。遇到正閏秒時,這套時間在調整期間稍微走慢,前後再和未平滑處理的時間對齊。

代價是,平滑處理期間的讀數並不時時等於 UTC。同一個瞬間,採用不同處理方法的服務可能顯示不同時間。Google 因此不建議把平滑與未平滑的 NTP 伺服器混在一起使用。避免一次突跳,並不等於所有電腦從此自動一致;它仍是一項需要協調的選擇。

五、改制已不只是二〇三五年的計畫

2022 年的國際度量衡大會決定,最遲在 2035 年放寬 UT1 與 UTC 的最大差值,目標是讓 UTC 至少連續運作一百年。但如果只讀到當年的新聞,就會錯過後來的進展。

2026 年 10 月的大會已通過第五號決議:連續 UTC 將從 2027 年 5 月 20 日生效,並把兩者差值的上限設為 3,600 秒,也就是一小時。決議記錄了數位基礎設施的連續同步需求,也指出尚未實施過的負閏秒可能帶來風險;這是把改制提前的背景[7]。

一小時是容許差值的上限,不是叫大家在 2027 年把手錶撥動一小時。生效日也不會讓地球自轉突然改變。改變的是:不再為了守住原來不到一秒的界線,繼續在 UTC 裡插入或刪除一秒。這與各地夏令時間或時區的選擇,是不同層次的規則。

六、不再加秒,不代表不必觀測地球

讓 UTC 連續,並沒有使 UT1 失去用途。需要知道地球精確方向的工作,仍得取得地球自轉資訊;2026 年決議也要求繼續監測 UT1 與 UTC 的差值及其變化,並讓使用者知道去哪裡取得資料。原來藏在民用時間裡的小調整,改成了有需要的使用者必須另外處理的資訊。

這項取捨不是從不準走向絕對正確。若優先讓日常時間緊貼地球自轉,就得處理不規則的加秒;若優先讓共同時間連續,就得容許它與自轉時間慢慢分開,另行提供換算資料。不同需求仍在,只是不再要求一個讀數同時替所有工作完成。

再看那個曾經出現的 23:59:60,它留下的不是原子鐘不可靠的證據,而是一段制度如何兼顧兩種時間的歷史。一秒的定義、地球轉動的狀態,以及我們要用哪個時間來協作,各自有不同的答案。分清楚它們,才知道多出的那一秒究竟在替誰服務。

查證資料來源9 項

完整來源集中於此,並註明對應章節與支持內容。正文僅在時間尺度的關係與最新改制決議保留查證標記。

  1. SI base unit: second(BIPM) ↗
    支持內容:第一節:現行銫-133頻率定義與9,192,631,770。
  2. Leap Seconds FAQs(NIST) ↗
    支持內容:第一、三、四節:自轉變動、正負閏秒序列、與閏年不同、系統處理需求;未用其舊未定政策敘述。
  3. Resolution 4(CGPM,2022) ↗
    支持內容:第二、五節:TAI/UTC/UT1關係、0.9秒、IERS及原2035期限。
  4. Leap second and UT1-UTC information(NIST,2026-10-28更新) ↗
    支持內容:第三節:正閏秒序列與過往紀錄;不用週表推算明日閏秒。
  5. Leap Smear(Google,2023-10-23) ↗
    支持內容:第四節:24小時中午至中午線性調整、暫時偏離UTC、前後對齊。
  6. Public NTP FAQ(Google,2023-10-23) ↗
    支持內容:第四節:不建議混用平滑與非平滑NTP伺服器。
  7. Resolution 5(CGPM,2026) ↗
    支持內容:第五、六節:2027-05-20連續UTC、差值上限3600秒、負閏秒風險及持續監測。
  8. Statement by the CCTF President(2026-10-15) ↗
    支持內容:第五節:決議已通過且提前改制,非僅提案。
  9. Global timekeeping rules change(Euronews,2026-10-16) ↗
    支持內容:獨立報導交叉核對已通過、時間與夏令時間不同;未採用其其他背景數字。
延伸探討
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僅僅幾秒鐘的差距,真的值得為了精準而讓全球電腦系統冒上風險嗎?

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