原子钟与地球的偏差达到极限——国际决定避免“负闰秒”

原子钟与地球的偏差达到极限——国际决定避免“负闰秒”

消失的「1秒」会让世界停滞？负闰秒与基础设施危机的真相

当时钟显示23时59分58秒的下一瞬间，显示将不是23时59分59秒，而是直接跳到次日的0时0分0秒——这种“不存在的1秒”在几年后可能会成为现实。

这种现象被称为“负闰秒”。为了调整地球自转与原子钟的偏差，世界一直以来在必要时会增加1秒。然而，近年来地球自转暂时加快，可能首次需要进行减去1秒的调整。对于人类的感知来说，这一秒短到可以忽略不计。然而，对于计算机来说，时间是数据顺序、汇款成立、通信同步、发电设备控制、以及卫星定位信号支持的共同语言。如果这个语言中突然消失一个字符，可能会引发不可预料的连锁反应。

然而，在这里将“即将发生大混乱”作为结论是不准确的。负闰秒的实施日期尚未确定，国际地球自转与参考系服务已确认2026年12月底不会插入负闰秒。相反，国际时间标准的相关人士正试图在执行未知调整之前改变制度。焦点不在于可能发生的1秒恐慌，而在于数字社会长期以来面临的“时间设计问题”能否最终得到解决。


原子钟的时间与旋转地球的时间

我们日常使用的时间基础是协调世界时UTC。UTC基于高精度的原子钟，与国际原子时TAI以相同速度运行。另一方面，地球自转产生昼夜，但并不是一个完美的时钟。由于月球的潮汐作用、海洋和大气的运动、地球内部的流体运动、冰盖向海洋的质量转移等因素，1天的长度会略有波动。

因此，为了防止地球自转角度表示的时间UT1与UTC的差异过大，采用了在UTC中设置1秒单位的阶跃的机制，这就是闰秒。自1972年制度开始以来，已增加了27秒。最近一次是在2016年12月31日，此前的所有调整都是增加1秒的“正闰秒”。

在正闰秒中，通常不存在的23时59分60秒会被插入以迎接次日。而在负闰秒中，最后的1秒会被跳过。仅从钟表的指针来看，这似乎是一个简单的操作，但现代信息系统中嵌入了“1分钟必定是60秒”“时间以固定间隔增加”“指定的时间必定存在”等隐含前提。负闰秒打破了这些前提中的“所有时间点都将被访问”这一部分。


为何地球突然加速？

从长时间轴来看，地球自转主要由于月球的潮汐作用而逐渐减慢。然而，从短期到几十年的变化并不是单向的。当液态外核将角动量传递给地幔时，包括地表在内的固体部分的旋转速度也会改变。风、洋流、季节性水的移动也会微妙地影响一天的长度。

2024年发表在科学期刊《Nature》上的研究分析指出，地球内部的变化加速了固体部分的旋转，而格陵兰和南极冰的快速融化导致的质量转移则减弱了这种加速。极地附近的水向赤道方向扩散，质量从旋转轴移向更远的地方。这类似于花样滑冰选手张开手臂时旋转变慢的效果。

该研究表明，如果当前的UTC制度继续，可能在2029年之前需要负的调整。若无全球变暖导致的冰盖融化，必要时间可能提前约3年。然而，这并不是可以写入日历的确定预报。地球内部、大气和海洋的变化具有不规则性，难以在年单位上准确预测未来的自转速度。2029年的数字应被视为一个展示制度变更紧迫性的情景，而非“那天必定消失1秒”的预告。


为何仅1秒就能动摇基础设施？

危险不在于1秒内人类无法行动，而在于多个设备以不同规则解释时间，导致事件顺序和经过时间出现分歧。

在通信网络中，日志、证书、认证令牌、数据包处理的时间若前后不一致，可能导致正常处理被判定为异常，或故障分析的因果关系被打破。在电力网络中，远距离地点的相位测量和保护装置依赖于高精度的同步。卫星定位通过电波到达的时间差来确定位置，因此时间标准的处理至关重要。在金融市场和支付中，订单顺序、公正记录、期限判定都是问题所在。在云计算和数据库中，分布式服务器可能无法判断“哪个更新先发生”。

当然，坚固的系统使用不可逆的单调增加时钟来测量处理时间，并将时间同步的波动和网络延迟纳入考虑。然而，现实的基础设施中，新旧设备、不同的操作系统、独特的规格、无法更新的嵌入式设备混杂在一起。并非所有实现都如教科书所述。此外，即使单个设备正确，如果某个运营商瞬间跳过秒，而另一个运营商在数小时内逐渐加快时钟，连接点就会产生分歧。

这种“逐步吸收”的方法被称为闰秒涂抹。虽然可以避免突然的阶跃，但如果企业之间的调整时间和曲线不同，指向同一瞬间的时钟就无法一致。问题不在于没有正确的规避措施，而在于没有世界共通的实现方法。


过去的闰秒破坏了什么？

担忧并非纸上谈兵。2012年的正闰秒导致Linux服务器上CPU使用率急剧上升，Reddit等多个服务受到影响。2017年，Cloudflare的DNS软件因“经过时间不会为负”的前提被打破，部分名称解析失败。根据该公司的事后报告，受影响最严重的设备在约90分钟内得到修复，全球范围的应对在数小时后完成。

重要的不是“过去世界被破坏”，而是即使影响有限，同一瞬间大量系统接收到共同的异常输入这一点令人棘手。通常的bug可能逐步显现，但闰秒是全球同步事件。而负闰秒在实际操作中尚无先例，无法完全掌握仅考虑正闰秒的代码和时间分发设备还剩多少。

另一方面，不能简单地说“负闰秒比正闰秒更危险”。在UTC的显示上，负调整通过跳过1秒向前推进，有时比重复同一时刻的正调整更易处理。可能出现的其他类型故障包括：预定处理提前1秒触发、设定在不存在时刻的作业被跳过、经过时间多计算1秒。哪个更严重取决于操作系统、时间分发方式、应用程序的设计。


SNS上分化的“恐惧”与“冷静论”

在技术人员聚集的Hacker News上，2026年的讨论中，曾经历过过去闰秒故障的帖子引人注目。一位参与者回忆道，2012年服务器的CPU突然饱和，直到重启才恢复，尽管没有进行更改或访问激增，他将其称为“20年职业生涯中最糟糕的bug”。另一位参与者则表示，看到同一秒被记录两次的日志后才知道原因，从此每半年检查一次闰秒通知。根据现场经验的反应，哪怕是微小的时间校正，也会导致原因确定前的混乱和恢复工作的负担。

 

另一方面，也有不少意见认为不应过度恐惧负闰秒。“时间向前跳跃，因此比重复的‘时间循环’更简单”“即使指定秒的处理未运行，许多系统平时也会因负载或延迟而处理类似的遗漏”“经过时间应使用单调增加计时器，而非UTC的加减”这些都是指出。调度器和实时控制需要注意，但如果设计得当，影响可以局部化，这是冷静的立场。

在Reddit的程序员社区中，也有声音认为“重要系统应测试负闰秒”“在计算机内部处理上使用UTC作为万能的连续时间本身就是问题”。反对的声音则认为，既然已有原子时和单调时钟等选择，不应仅将闰秒视为恶者。这其中质疑的是，试图用同一机制满足与天文时接近的公共时间和计算机所需的连续时间。

这些帖子并不代表所有用户的民意调查。这是对话题高度关注的技术人员自发撰写的公开讨论。即便如此，反应的分裂本身揭示了问题的本质。在某些实现中简单的1秒，在另一些实现中可能成为重大障碍。共同标准的变更不是“写出正确的代码就结束”，而是需要同时迁移全球不同系统的协调问题。


2026年10月，世界时会发生重大变化吗？

国际度量衡大会在2022年决定，允许UTC与UT1的差异比现在更大，并计划在2035年前结束对闰秒的依赖。此外，在2026年10月13日至15日召开的第28届大会上，将审议大幅提前过渡的决议草案。

公开的草案中提到，从2027年5月20日起，UTC将成为连续的时间尺度，UT1的差异上限将扩大到3600秒，即1小时。如果获得通过，即使地球自转略有加快或减慢，也无需长时间进行1秒的校正。根据专家的解释，达到1小时的差异至少需要几个世纪，甚至可能是千年规模的缓冲期。

“停止闰秒，未来某天突然加入闰小时”这一表述易于理解，但并未决定在不久的将来一次性增加1小时。3600秒是UTC与地球自转时间的差异设置的新上限，未来具体的调整方法将由那个时代的社会重新决定。首先是消除每隔几十年处理不规则1秒的负担，旨在使UTC更接近适合计算机的连续时间。

然而，这一草案在2026年9月仍为“决议草案”，尚未最终决定。需要确认投票结果和过渡规则。此外，天文学、测地学、部分卫星和无线设备需要UT1，将必须过渡到获取UTC差异作为独立数据并反映在计算中的机制。更新旧设备需要时间的国家或运营商也面临过渡措施的挑战。


“1秒的终结”提出了什么问题？

围绕负闰秒的讨论并不是关于地球以异常速度旋转导致世界崩溃的故事。地球1天的变化是毫秒级的，人类无法感知。问题在于，依据自然不规则运动创建的时间与数字社会需要的不间断时间在同一UTC框架中发生冲突。

即使制度变更被采纳，也不意味着不需要准备。时间分发服务、操作系统、云计算、通信、金融、电力、卫星运营的各个组织需要共享过渡日之前的规范，确保不同时间尺度不混杂。应用程序方面，也应利用此机会重新审视基本设计，如使用单调时钟测量经过时间、允许挂钟跳跃、不要仅用时间戳决定事件的全顺序、文档化与外部服务的同步方式等。

人类长期以来通过观察太阳的运动来确定时间。如今，原子钟的精度和网络同步已成为社会基础，世界时首次尝试与地球自转保持一定距离。可能消失的1秒实际上可能在不消失的情况下改变制度的历史。其结局将在2026年10月的国际会议上发生重大变化。


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