大多数人会觉得，一天的小时、分钟和秒数理应与另一天相同。但事实并非总是如此——2015年6月30日将多出一秒，即加入一个闰秒，以调和两种时间定义之间的差异：一种基于天文观测，另一种由原子钟提供。
20世纪50年代以前，时间是根据太阳在天空中的位置来定义的，测量工作则依靠监测地球自转的仪器。但地球自转并非恒定不变。由于月球引力的作用，自转正在减慢，每个世纪一天会延长1.7毫秒。
人们几个世纪以来都知道一天的长度会变化，但直到20世纪50年代原子钟问世，这才成为（天文学领域之外的）实际问题。原子钟提供了一种稳定得多、也更易使用的时间定义，其依据是 铯原子吸收的一种特定微波频率。原子钟信号很快被用于控制标准频率无线电发射机，电信工程师可以利用这些发射机校准并同步设备。
一天的长度并不像你想的那样固定。 美国海军天文台
让天文时间与原子时间相匹配
当这些发射机升级后也能发出每秒一个脉冲的信号以及时间和日期代码时，日内瓦的国际电信联盟受邀制定时间的标准定义。由此产生了“协调世界时”，简称UTC（以照顾法语使用者），它定义了一种由原子钟生成的时间信号，同时与一种称为UT1的天文时间定义保持在一秒之内的差距。
问题在于如何让这两种时间尺度保持同步。最初的尝试包括调整发射频率，从而改变秒的长度，或在预先安排的时刻加入毫秒级延迟；这些做法引发了问题，并扰乱了其他标准所依赖的计时电子设备，例如欧洲电视广播的50Hz帧率。
因此，在20世纪60年代末， UTC的定义 发生了变化，以保持秒的长度恒定。取而代之的是，UTC所涵盖的原子时间定义和天文时间定义必须通过插入或跳过整整一秒来同步——闰秒由此诞生，并于1972年6月首次实施。此后又公布了24次闰秒，公告由 巴黎地球定向中心发布。
自1972年以来的闰秒——已达25次，且还在增加 xkcd， 知识共享署名许可
电脑不喜欢变化
这种做法虽然行之有效，但到了20世纪90年代末，人们开始担忧。一项大规模工作正在开展，以应对计算机系统中的 千年虫问题 ，这也让工程师开始担心其他与时间有关的中断。GPS导航系统发出的高精度时间广播催生了新的安全关键应用，例如飞机导航与控制；在这些应用中，时间变量会立即影响飞行器的轨迹。此外，通过互联网使用 网络时间协议 （NTP）同步计算机时钟已成为常见做法，这引出了计算机应如何实现闰秒的问题。
闰秒的发明者设想，显示UTC的数字时钟通常会从23:59:59跳到00:00:00，而在闰秒时则会插入第61秒，显示为23:59:60。然而事实证明，这并不实用，因为计算机软件很少将时间拆分为小时、分钟和秒等独立变量。相反，将时间表示为一个单独的数字更为方便，也就是一个 持续递增的秒数。从这个角度看，给代表23:59:59的任何时间值加一，结果总会是00:00:00。刻度上没有剩余的数字可用来表示23:59:60。
遗憾的是，NTP在Unix和Linux操作系统（大多数互联网服务器运行的系统）中实现闰秒的方式让情况变得更糟：它会跳回最后一秒的起点，并重复这一秒。在一秒内两次读取时钟的任何软件，都可能遇到令人困惑的情况：第二个时间戳竟早于第一个。上次于2012年引入闰秒时，这种做法与Linux中的一个特定漏洞相结合，导致计算机运行异常， 并造成一些数据中心发生故障 ，其中一个大型航空公司订票系统尤为显著。如今，替代实现方式会在闰秒到来前短暂 放慢 计算机时钟，以弥补这一差异。
标准，多得不知该选哪个
此外，还有一种没有闰秒的原子时，称为 国际原子时，简称TAI（名称同样源自法语）。目前UTC正好比TAI慢35秒，到7月1日这一差距将增至36秒。长期以来，GPS或航天器等闰秒可能造成严重干扰的系统一直使用TAI的变体。但TAI并未广泛使用，因为时间的法律定义以UTC为基础。
15年多来，一场关于是否彻底废除闰秒的 争论 一直持续不休；若废除，从某个日期起UTC与TAI之间的差值将固定不变。这可以解决计算机如何实现闰秒所引发的担忧，但也会破坏许多现有的专业系统，包括卫星跟踪地面站、天文仪器，以及任何假定UTC与UT1的差值始终不超过一秒的系统。
将我们的时间定义与太阳在天空中的位置脱钩，也会引出一个更具哲学意味的问题。如果不定期重新校准，日晷、六分仪等天文仪器将失去用途。当地平时与UTC相符的子午线目前经过伦敦格林尼治，届时将开始向东加速移动：几百年内抵达巴黎，最终绕地球多次。或许这在一定程度上促使英国政府反对这项变更。
本文由 The Conversation 合作发布。刊发本文并不意味着世界经济论坛认同其中观点。
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作者：Markus Kuhn是剑桥大学计算机科学高级讲师。
图片：人们从伦敦路透社广场的时钟旁走过。路透社/Jon Jones。