[论文解读] Time in the 10,000-Year Clock

Danny Hillis, R. L. Seaman+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 13, 2011

Geophysics and Gravity Measurements参考文献 7被引用 3

一句话总结

本文詳細描述了10,000年鐘的計時系統，這是一種機械鐘，透過與太陽同步運行，可運作10,000年。它透過五種時間類型——擺鐘時間、未校正的太陽時、已校正的太陽時、顯示的太陽時與天文儀時間——調和機械擺鐘時間與地球的不規則自轉，從而實現對太陽時、日曆時與天文時間的精確長期追蹤。

ABSTRACT

The Long Now Foundation is building a mechanical clock that is designed to keep time for the next 10,000 years. The clock maintains its long-term accuracy by synchronizing to the Sun. The 10,000-Year Clock keeps track of five different types of time: Pendulum Time, Uncorrected Solar Time, Corrected Solar Time, Displayed Solar Time and Orrery Time. Pendulum Time is generated from the mechanical pendulum and adjusted according to the equation of time to produce Uncorrected Solar Time, which is in turn mechanically corrected by the Sun to create Corrected Solar Time. Displayed Solar Time advances each time the clock is wound, at which point it catches up with Corrected Solar Time. The clock uses Displayed Solar Time to compute various time indicators to be displayed, including the positions of the Sun, and Gregorian calendar date. Orrery Time is a better approximation of Dynamical Time, used to compute positions of the Moon, planets and stars and the phase of the Moon. This paper describes how the clock reckons time over the 10,000-year design lifetime, in particular how it reconciles the approximate Dynamical Time generated by its mechanical pendulum with the unpredictable rotation of the Earth.

研究动机与目标

• 設計一種機械計時系統，使其能在10,000年內保持準確。
• 調和地球自轉的不規則性與穩定的機械時間參考。
• 為長期人類使用提供多種時間參考——太陽時、日曆時與天文時間。
• 透過太陽同步與機械校正，盡可能減少對外部校正的依賴。
• 建立一個能長期追蹤民用時間與天文力學的系統。

提出的方法

• 該鐘使用機械擺產生擺鐘時間，並透過均時差方程式調整，產生未校正的太陽時。
• 未校正的太陽時透過與太陽同步的機械裝置進行機械校正，產生已校正的太陽時。
• 顯示的太陽時在每次上鍾時更新，使其與已校正的太陽時對齊。
• 顯示的太陽時驅動太陽位置與格里曆日曆日期的顯示。
• 天文儀時間由已校正的太陽時推導而出，用於精確計算月球、行星與恆星的位置。
• 系統使用機械連桿與齒輪傳動，以維持動力學時間的近似值，且不使用電子元件。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何使純機械系統在地球自轉不規則的情況下，仍能維持10,000年內的準確計時？
• RQ2 有哪些機械方法可調和基於擺鐘的時間與太陽時，同時盡可能減少外部輸入？
• RQ3 如何使單一機械系統在數千年間同時追蹤民用時間、太陽時與天文力學？
• RQ4 哪些設計原則能實現長期準確性，且不依賴電子或原子時間參考？
• RQ5 該鐘如何確保其時間顯示在10,000年內仍與天文事件保持同步？

主要发现

• 該鐘透過機械方式與太陽同步，大幅減少對外部校正的依賴，從而實現長期計時準確性。
• 五層時間系統——擺鐘時間、未校正的太陽時、已校正的太陽時、顯示的太陽時與天文儀時間——實現了多尺度計時。
• 顯示的太陽時在上鍾時段更新，確保其與已校正的太陽時對齊，進而與太陽保持一致。
• 天文儀時間組件提供了動力學時間的穩定近似值，使行星與月球位置的預測更加精確。
• 機械校正系統透過實體齒輪結構，對應均時差與地球自轉的不規則性。
• 該系統證明，即使無電子元件或原子參考，高精度且長期的計時仍是可行的。