时区划分

这篇笔记从"时间"讲起：地球的运动产生了时间，人类发明了各种计时工具；为了统一各地不同的钟点，人类发明了时区；为了统一年份的计数，有了公元纪年；而计算机则用时间戳来统一表示时间。

地球的转动

银河系，以太阳为中心，地球围绕太阳转，同时，地球也在自西向东的转动。

如果从地球北极的视角来看，地球就是逆时针的转动。

面向太阳的是白天，背对太阳的就是黑夜，可以想象一个垂直于太阳方向的切面：

地球自转一圈 → 一天（昼夜交替）
地球公转一圈 → 一年（春夏秋冬）

地理的经纬度划分

为了描述地球上的位置，人类给地球画上了坐标：

纬度：以赤道为中心，定为 0度，分别向南、向北划分为 90度，并以南纬、北纬命名

经度：以本初子午线为中心，定为 0度，分别向东、向西分为 180度，并以东经、西经命名

（本初子午线的位置并不是天然的，后文"时区的发明"会讲到：1884 年它被正式定为格林尼治天文台所在经线）

人类对时间的发明

时间单位是天然的

人类早期并没有"钟表"，时间单位全部来自天体的运动：

日：地球自转一圈
月：月球绕地球转一圈（朔望月约 29.5 天）
年：地球绕太阳转一圈（约 365.25 天）

计时工具的演进

"发明时间"其实是在发明计量时间的工具：

日晷：看太阳影子的方向和长短，但阴天、晚上就没法用
刻漏（水钟）：利用水流计时，不受天气影响，中国古称"铜壶滴漏"
机械钟：13 世纪欧洲出现，利用齿轮和擒纵机构
摆钟：1656 年荷兰人惠更斯发明，利用摆的等时性，精度大幅提升
石英钟：1927 年出现，利用石英晶体的稳定振动
原子钟：利用原子内部能级跃迁的固定频率，是目前最准的钟。1967 年起，"秒"被正式定义为铯-133 原子跃迁 9,192,631,770 次所用的时间

人类对"秒"的定义，从"一天的分割"变成了"原子的周期"，时间从此不再依赖地球的自转。

时区的发明

时差问题

因为地球自西向东自转，而东经为正、西经为负，所以经度越大（越靠东），天黑得越早，天亮得也越早。

陆地板块的分散，导致生活在各个地方的人，看到日出、日落的时间是不一样的。但我们都使用 24小时制 来度过一天，也都希望用 6~12 点表示上午、14~18 点表示下午，这就导致不同地区的人，各自有属于自己的时间。

当不同地区的人进行沟通交流时，涉及到时间就产生了区别：一方的某个时间点，并不是另一方的同一个时间点。比如一个地方的上午 9 点，在另一个地方可能已经是下午 8 点。这就是我们通常说的时差。

地方时

在铁路出现之前，每个地方都使用自己的地方时（以本地太阳升到最高为 12 点），大家互不干扰，也无所谓时差。

铁路逼出来的标准时间

19 世纪，铁路和电报出现了。火车时刻表、电报报文都需要统一的时间，否则调度就会混乱：

1840 年，英国大西部铁路最先统一使用"伦敦时间"（即后来的铁路时间）
1883 年 11 月 18 日，美国铁路公司统一采用"标准时间"，这一天被称为"有两个正午的一天"
1879 年，加拿大工程师桑福德·弗莱明提出：把地球划分为 24 个时区，每 15 度经度一个
1884 年，国际经度会议在美国华盛顿召开，正式确定：
以英国格林尼治天文台所在经线为本初子午线（0 度经线）
全球划分为 24 个时区，每个时区跨 15 度经度，相邻时区相差 1 小时
以格林尼治时间为世界标准时间（GMT）

时区

时区的表示

时区用相对标准时间的偏移量来表示：UTC+X（东边）或 UTC-X（西边），X 为整数小时。

GMT（格林尼治标准时间）：以格林尼治的太阳时为标准，历史上的世界标准时间
UTC（协调世界时）：以原子钟为标准，比 GMT 更精确，通过闰秒与地球自转保持同步。现代计算机、网络协议中使用的标准
北京时间：UTC+8，即东八区的时间

中国的时区

中国幅员辽阔，东西跨度约 5 个时区（从东五区到东九区），但全国统一使用北京时间（UTC+8）。这也是为什么新疆等地的人会觉得"天很晚才黑"。

夏令时

夏令时（DST）：夏天把时钟拨快 1 小时，以利用更长的白昼，部分国家使用。中国曾在 1986~1991 年实行过夏令时，后因弊大于利而取消。

纪年

钟点统一了（时区），年份也需要统一——这就是纪年。

公元纪年

起因：为了算复活节

公元纪年，即公历纪元，原称基督纪年（Anno Domini，缩写 A.D.，意为"主的年份"）。

公元纪年由 6 世纪的修士狄奥尼修斯·伊吉格斯（Dionysius Exiguus）提出。当时他正在计算复活节的日期，需要一个统一的纪年起点，于是将耶稣出生的年份定为公元元年（即公元 1 年）。

没有公元 0 年

注意：公元纪年没有公元 0 年。公元元年就是公元 1 年，公元前 1 年的下一年直接就是公元 1 年。如果把时间画成时间轴，公元元年就是坐标轴原点附近的位置。

后来考证，耶稣的实际出生年份大约在公元前 6~4 年（狄奥尼修斯算错了几年），但这并不影响公元纪年本身的使用。

传播与确立

公元 525 年，狄奥尼修斯提出该纪年法
8 世纪，英国史学家比德在其著作中使用，使其在欧洲流传开来
1582 年，教皇格里高利十三世推行格里高利历（即现行公历），公元纪年随之成为西方世界的标准纪年

我们现在是公元 2026 年。

中国的纪年

干支纪年

中国最早使用的纪年方式是天干地支纪年：

天干 10 个：甲乙丙丁戊己庚辛壬癸
地支 12 个：子丑寅卯辰巳午未申酉戌亥

天干地支两两组合，60 年一个循环，称为"一甲子"。商朝甲骨文中就已使用干支纪日，这种纪年法至今仍在农历中使用（如 2026 年是丙午年）。

年号纪年

除了干支，古代还使用年号纪年。自汉武帝建元元年（公元前 140 年）起，皇帝即位要定年号，用"年号 + 年数"纪年，如"贞观三年"。明清时期基本一个皇帝一个年号，如康熙、乾隆。

农历

传统历法农历是阴阳合历：月份按月相（阴历）确定，年份按太阳回归年（阳历）确定，通过"闰月"来调整，因此春节等节日每年在公历中的日期不固定。

切换到公元纪年

1912 年：辛亥革命爆发后次年（民国元年），中华民国成立，宣布改用公历（格里高利历），但纪年采用"民国纪年"（民国元年即 1912 年）
1949 年 9 月 27 日：中国人民政治协商会议通过决议，中华人民共和国正式采用公元纪年，以公历为官方历法

此后中国官方一直使用公元纪年，而农历仍用于春节、中秋等传统节日的计算。

计算机的时间

统一的时间起点：时间戳

计算机遍布全球，日志、文件、网络协议都需要一个全球统一、可以比较大小的时间表示，于是有了时间戳（timestamp）：从某个约定的起点（epoch，纪元）开始，数经过了多少秒（或毫秒）。

Unix 时间戳

计算机领域最著名的起点是 1970 年 1 月 1 日 00:00:00 UTC，也就是 Unix 时间戳的 0。原因很简单：Unix 操作系统诞生于 1969~1970 年的贝尔实验室，开发者顺手选了这个时间，用一个整数秒数来表示也足够简单。

import time

time.time()  # 返回从 1970-01-01 00:00:00 UTC 至今的秒数

2038 年问题

早期的 Unix 时间戳用 32 位有符号整数存储，最大值为 2147483647，对应 2038 年 1 月 19 日。到那时 32 位整数就会溢出，类似 2000 年的"千年虫"问题。现代系统已普遍改用 64 位整数，可以覆盖到极远的未来。

其他时间起点

NTP（网络时间协议）：1900 年 1 月 1 日
Windows FILETIME：1601 年 1 月 1 日
儒略日（天文领域）：公元前 4713 年 1 月 1 日

计算机里时间的完整描述

计算机表示一个时间点，需要三要素：

时间戳：绝对时刻，如 1754323200
时区：显示时转换为本地时间，如 UTC+8
格式：人类可读的字符串，如 ISO 8601 的 2026-08-05T10:30:00+08:00

同一个时间戳，在不同时区的机器上显示出的"当地时间"不同，这就是为什么部署服务器时一定要统一使用 UTC。

对时间的描述

一个完整的时间描述，包含：

年月日：2026 年 8 月 5 日
星期：星期三
上/下午：上午 / 下午 / 晚上
时分秒：10:30:25
时区：UTC+8（北京时间）

标准化的写法（ISO 8601）用日期 + T + 时间 + 时区偏移表示：

2026-08-05T10:30:25+08:00

计算机内部存的是时间戳（秒数），展示给人类看的才是"年月日时分秒"。