【科研进展】白明研究组合作揭示远缘物种具有更相似表型和基因型不一定是因为趋同演化
近日，中国科学院动物研究所白明研究组、浙江大学张国捷团队联合深圳华大生命科学研究院、中国科学院昆明动物研究所、哥本哈根大学等中外多个课题组,公布了对有袋类哺乳动物的物种辐射性大爆发过程的研究结果。该结果重建了有袋类物种的演化关系，并揭示了物种快速分化过程中，一些随机事件有可能会导致远缘物种具有相似表型的现象，解释了利用形态和分子数据在构建物种树经常出现冲突的发生机制。
早在19世纪，达尔文就在他的旷世著作《物种起源》中提出现在地球上的所有物种最初都是从同一种原始生命演化而来，即共同祖先理论。由这个共同祖先不断分叉演化形成现在物种类群的历程即构成了生命之树，从简单的单细胞生物到复杂的生命体，每个物种都可以找到它的最近缘物种和最近共同祖先。以人类为例，人类约在700万年前与黑猩猩从共同祖先古猿分化形成，古猿类和旧世界猴在约2800万年前拥有相同的祖先，最早的灵长类物种祖先可以追溯至8000万年前，而目前地球上的哺乳动物在约两亿多年前都有共同祖先。重构正确的物种关系树是演化生物学研究和开展跨物种比较研究的基础，对我们推理各种生物学现象的起源过程至关重要。
DNA是绝大多数生物的遗传蓝图，按照达尔文提出的物种演化模型，物种间DNA序列的差异可以反映出物种的分化历程，即DNA序列越相似的物种在生命之树上就更接近。同时，表型由DNA来决定，理论上携带相同表型的物种演化关系也就越接近。依据这样的推论，形态数据和DNA数据都可以用来构建物种树。但实际上，DNA数据与形态特征在推断物种演化历程上经常出现相互矛盾的结果。自80年代以来，利用DNA数据重构物种演化历程逐渐成为主流，但仍缺乏研究来解释为什么会存在这样的矛盾，为什么形态信息经常会得到不可靠的物种关系树。
分子树和与形态树的矛盾经常发生在经历过物种快速分化的类群里。不完全的谱系分选（incomplete lineage sorting）就是一种可以导致上述情况出现的原因。多个物种在极短的时间内从一个共同祖先里分化出来，使得某些祖先基因的多态性在随后的物种分化历程中被随机分选到分化出的不同物种里，从而使得部分分化后形成的多个物种随机保留了相同的基因型。以人、黑猩猩和大猩猩为例。我们知道，相较于大猩猩，人与黑猩猩的亲缘关系更近。如图所示，三者共同祖先的群体具有较高的遗传多样性，大猩猩在第一次物种分化后形成，随着时间的推移，大猩猩的群体最终固定了蓝色的基因型。人和黑猩猩的共同祖先群体继承了橙色和蓝色两种基因型，然而在第二次物种分化的时候，人可能最终随机固定了和大猩猩一样的蓝色的基因型，黑猩猩最终随机固定了橙色的基因型。这样一来，我们就会观察到人的一些基因组序列跟大猩猩更相似，而跟黑猩猩差异更大。尽管黑猩猩是与人最近缘的物种，在人的基因组里约超过15%的基因组区域，是跟大猩猩更相似的。这种不完全的谱系分选现象在许多经历过物种大爆发的类群里均出现过，比如各种哺乳动物类群、鸟类、昆虫、鱼类等，但这种现象对性状的演化是否存在影响一直没有研究。
为了研究不完全的谱系分选对物种形态和性状演化的影响，研究团队利用有袋类动物开展研究。之前的一些研究指出现存有袋类物种起源的过程经历了物种大爆发，导致了长期以来对有袋类物种早期演化关系存在争议。而这一争议主要围绕着南美有袋类微兽目（Microbiotheria）的演化地位。小山猴是该目唯一的现存物种，其作为南美洲的有袋类动物，却在骨骼、生殖器官和大脑结构等诸多方面与澳洲的有袋类动物更相似，尤其是袋鼠、考拉等双门齿目动物。正是由于这种形态的相似性，早前基于形态特征推定的演化关系认为小山猴应该和双门齿目的袋鼠和考拉更近缘，进而推测美洲小山猴应起源于澳洲。然而，本研究利用小山猴和其他有袋类动物的全基因组数据，表明小山猴应该是澳洲所有有袋类动物的姐妹群，也就是它和是澳洲有袋类有共同祖先但不属于澳洲有袋类。进一步的分析揭示，有袋类基因组有超过50%区域构建出的分子树跟真实的物种分化过程不一致，即小山猴反而跟某些澳洲有袋类之间的相似度要大于澳洲有袋类之间的相似度。早前观察的那些与真实物种发生过程不符的性状特征很可能是由于物种快速分化的过程不完全的谱系分选导致的。
这些有冲突的基因组区域包含了上百个与神经系统、免疫系统、骨骼形态等相关的基因，它们可能与现今物种性状特征与物种发生历程之间的矛盾有关。研究推测，不完全的谱系分选所引发的祖先多态性的随机固定可能会偶然地导致两个亲缘关系较远的物种继承相同的祖先基因型，如果不同的祖先基因型会产生不同的形态特征，那么这样一来，就可能会导致远缘物种具有更加相似的表型。为了验证上述猜想，研究人员利用博物馆馆藏标本确定了小山猴的肱骨弯曲形态、脊柱棘突高度、门牙形态都是跟双门齿目的袋鼠和考拉更为相似。随后，研究团队再利用比较基因组学分析手段筛选候选基因，采用基因编辑技术对受不完全的谱系分选影响的基因建立小鼠实验模型。通过实验小鼠和野生小鼠的骨骼性状扫描结果的比较，研究人员证实了受不完全的谱系分选影响的基因型替换确实产生了符合预期的表型结果。
物种性状的演化被认为是物种长期适应环境的结果：突变产生新的基因与新的性状，新基因通过繁殖扩散开来，有利于生存与繁殖的性状及其基因会被自然选择保留下来。在远缘物种中出现相同的性状，过去往往会用趋同演化来解释这样现象。然而，这一研究则揭示不同类群间相同性状的出现也可能是随机遗传了祖先性状引起的。同时，这一研究还证明，仅依靠部分基因、部分性状的溯源来构建物种关系树是不可靠的，全基因组数据才是重构物种发生历程的金标准。通过全基因组数据可以充分揭示不完全的谱系分选作为一种可能的机制来解释基因组物种树和表型变异之间冲突的现象。此外，本研究还综合了古气候地理，物种分化、形态、DNA等多方面证据来佐证有袋类物种演化进程。
此外，近年来，测序技术的发展将基因组学研究带入了完美参考基因组的新时代。但本研究是基于二代测序技术的基因组完成的，这也提示我们不要过分追求新技术，而忽视了科学问题的重要性。
该成果已于2022年4月20日以题目为“Incomplete lineage sorting and phenotypic evolution in marsupials”的论文在线发表于国际顶级学术期刊《细胞》（Cell）杂志，深圳华大生命科学研究院冯少鸿博士和中国科学院动物研究所白明研究员为论文共同第一作者，论文通讯作者张国捷教授近日以讲席教授身份加盟浙江大学医学院。冯少鸿博士现任浙江大学“百人计划”研究员。
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阅读原文：https://t.cn/A6X7FBSs
近日，中国科学院动物研究所白明研究组、浙江大学张国捷团队联合深圳华大生命科学研究院、中国科学院昆明动物研究所、哥本哈根大学等中外多个课题组,公布了对有袋类哺乳动物的物种辐射性大爆发过程的研究结果。该结果重建了有袋类物种的演化关系，并揭示了物种快速分化过程中，一些随机事件有可能会导致远缘物种具有相似表型的现象，解释了利用形态和分子数据在构建物种树经常出现冲突的发生机制。
早在19世纪，达尔文就在他的旷世著作《物种起源》中提出现在地球上的所有物种最初都是从同一种原始生命演化而来，即共同祖先理论。由这个共同祖先不断分叉演化形成现在物种类群的历程即构成了生命之树，从简单的单细胞生物到复杂的生命体，每个物种都可以找到它的最近缘物种和最近共同祖先。以人类为例，人类约在700万年前与黑猩猩从共同祖先古猿分化形成，古猿类和旧世界猴在约2800万年前拥有相同的祖先，最早的灵长类物种祖先可以追溯至8000万年前，而目前地球上的哺乳动物在约两亿多年前都有共同祖先。重构正确的物种关系树是演化生物学研究和开展跨物种比较研究的基础，对我们推理各种生物学现象的起源过程至关重要。
DNA是绝大多数生物的遗传蓝图，按照达尔文提出的物种演化模型，物种间DNA序列的差异可以反映出物种的分化历程，即DNA序列越相似的物种在生命之树上就更接近。同时，表型由DNA来决定，理论上携带相同表型的物种演化关系也就越接近。依据这样的推论，形态数据和DNA数据都可以用来构建物种树。但实际上，DNA数据与形态特征在推断物种演化历程上经常出现相互矛盾的结果。自80年代以来，利用DNA数据重构物种演化历程逐渐成为主流，但仍缺乏研究来解释为什么会存在这样的矛盾，为什么形态信息经常会得到不可靠的物种关系树。
分子树和与形态树的矛盾经常发生在经历过物种快速分化的类群里。不完全的谱系分选（incomplete lineage sorting）就是一种可以导致上述情况出现的原因。多个物种在极短的时间内从一个共同祖先里分化出来，使得某些祖先基因的多态性在随后的物种分化历程中被随机分选到分化出的不同物种里，从而使得部分分化后形成的多个物种随机保留了相同的基因型。以人、黑猩猩和大猩猩为例。我们知道，相较于大猩猩，人与黑猩猩的亲缘关系更近。如图所示，三者共同祖先的群体具有较高的遗传多样性，大猩猩在第一次物种分化后形成，随着时间的推移，大猩猩的群体最终固定了蓝色的基因型。人和黑猩猩的共同祖先群体继承了橙色和蓝色两种基因型，然而在第二次物种分化的时候，人可能最终随机固定了和大猩猩一样的蓝色的基因型，黑猩猩最终随机固定了橙色的基因型。这样一来，我们就会观察到人的一些基因组序列跟大猩猩更相似，而跟黑猩猩差异更大。尽管黑猩猩是与人最近缘的物种，在人的基因组里约超过15%的基因组区域，是跟大猩猩更相似的。这种不完全的谱系分选现象在许多经历过物种大爆发的类群里均出现过，比如各种哺乳动物类群、鸟类、昆虫、鱼类等，但这种现象对性状的演化是否存在影响一直没有研究。
为了研究不完全的谱系分选对物种形态和性状演化的影响，研究团队利用有袋类动物开展研究。之前的一些研究指出现存有袋类物种起源的过程经历了物种大爆发，导致了长期以来对有袋类物种早期演化关系存在争议。而这一争议主要围绕着南美有袋类微兽目（Microbiotheria）的演化地位。小山猴是该目唯一的现存物种，其作为南美洲的有袋类动物，却在骨骼、生殖器官和大脑结构等诸多方面与澳洲的有袋类动物更相似，尤其是袋鼠、考拉等双门齿目动物。正是由于这种形态的相似性，早前基于形态特征推定的演化关系认为小山猴应该和双门齿目的袋鼠和考拉更近缘，进而推测美洲小山猴应起源于澳洲。然而，本研究利用小山猴和其他有袋类动物的全基因组数据，表明小山猴应该是澳洲所有有袋类动物的姐妹群，也就是它和是澳洲有袋类有共同祖先但不属于澳洲有袋类。进一步的分析揭示，有袋类基因组有超过50%区域构建出的分子树跟真实的物种分化过程不一致，即小山猴反而跟某些澳洲有袋类之间的相似度要大于澳洲有袋类之间的相似度。早前观察的那些与真实物种发生过程不符的性状特征很可能是由于物种快速分化的过程不完全的谱系分选导致的。
这些有冲突的基因组区域包含了上百个与神经系统、免疫系统、骨骼形态等相关的基因，它们可能与现今物种性状特征与物种发生历程之间的矛盾有关。研究推测，不完全的谱系分选所引发的祖先多态性的随机固定可能会偶然地导致两个亲缘关系较远的物种继承相同的祖先基因型，如果不同的祖先基因型会产生不同的形态特征，那么这样一来，就可能会导致远缘物种具有更加相似的表型。为了验证上述猜想，研究人员利用博物馆馆藏标本确定了小山猴的肱骨弯曲形态、脊柱棘突高度、门牙形态都是跟双门齿目的袋鼠和考拉更为相似。随后，研究团队再利用比较基因组学分析手段筛选候选基因，采用基因编辑技术对受不完全的谱系分选影响的基因建立小鼠实验模型。通过实验小鼠和野生小鼠的骨骼性状扫描结果的比较，研究人员证实了受不完全的谱系分选影响的基因型替换确实产生了符合预期的表型结果。
物种性状的演化被认为是物种长期适应环境的结果：突变产生新的基因与新的性状，新基因通过繁殖扩散开来，有利于生存与繁殖的性状及其基因会被自然选择保留下来。在远缘物种中出现相同的性状，过去往往会用趋同演化来解释这样现象。然而，这一研究则揭示不同类群间相同性状的出现也可能是随机遗传了祖先性状引起的。同时，这一研究还证明，仅依靠部分基因、部分性状的溯源来构建物种关系树是不可靠的，全基因组数据才是重构物种发生历程的金标准。通过全基因组数据可以充分揭示不完全的谱系分选作为一种可能的机制来解释基因组物种树和表型变异之间冲突的现象。此外，本研究还综合了古气候地理，物种分化、形态、DNA等多方面证据来佐证有袋类物种演化进程。
此外，近年来，测序技术的发展将基因组学研究带入了完美参考基因组的新时代。但本研究是基于二代测序技术的基因组完成的，这也提示我们不要过分追求新技术，而忽视了科学问题的重要性。
该成果已于2022年4月20日以题目为“Incomplete lineage sorting and phenotypic evolution in marsupials”的论文在线发表于国际顶级学术期刊《细胞》（Cell）杂志，深圳华大生命科学研究院冯少鸿博士和中国科学院动物研究所白明研究员为论文共同第一作者，论文通讯作者张国捷教授近日以讲席教授身份加盟浙江大学医学院。冯少鸿博士现任浙江大学“百人计划”研究员。
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【如何“脫離地球”更精確地測量宇宙時間？】據國外媒體報導，出於某些原因，當我們談及恒星、星系和宇宙的年齡時，通常使用“年”進行測量和描述，我們是否有更好的方法來測量宇宙時間？
現今，我們可以追溯138億年前發生的大爆炸事件，觀測到宇宙體積延伸至461光年，但是像“年”和“光年”這樣的時間計算單位不僅是完全隨意、以地球為中心，並且從地球歷史上講，這些時間計算單位甚至沒有一致的定義。也許有更好的方法來測量時間，尤其是對宇宙而言，但每種方法都存在著缺點。
關於宇宙，我們可以提出許多宏觀的問題，但這是人類歷史上最令人費解的謎團之一，例如：“宇宙是什麼？宇宙有多大？它是永恒不變的，還是突然形成的，如果是的話，是什麼時候誕生的？”這些問題曾是哲學謎團之一，但過去100年提供了堅定的科學答案。現今基於先進的天文勘測設備，我們知道宇宙是什麼，但迄今我們所觀測的僅是直徑922億光年宇宙的一小部分；我們知道大爆炸事件，這是宇宙開始的標誌性事件，大約發生在138億年前，但準確的發生時間仍有1%的不確定性。
然而，為什麼我們測量宇宙時間和距離的所有方法都使用以地球為中心的單位呢？例如：“年”和“光年”，難道沒有一種更好、更客觀、更普遍的方法來實現嗎？答案是肯定有的，至少科學家傑瑞·貝爾（Jerry Bear）是這樣認為的。
貝爾指出，為什麼宇宙學計算，例如：宇宙年齡和大小，要廣泛地使用狹隘的、與 “年”相關的參數呢？客觀地講，將地球一年的時間概唸作為一種宇宙衡量標準是較狹隘的，光年這個概念僅與宇宙區域測量有關。
以上測量標準都是很好的觀點，但我們需要進一步擴展和思考，尋找一些替代性標準，讓我們來看一下測量宇宙時間背後的科學吧！
在地球上，只有兩種方法來理解時間流逝的概念，這兩種方法都是利用定期重現的現象，這些現象不僅對人類活動至關重要，而且對所有生物活動都至關重要，在較短的時間尺度上，我們有“天”的概念，這是很重要的，原因如下：
一天標誌著日出和日落，大致與地球繞地軸一個完整自轉週期相對應，同時，一天的時間與大多數植物和動物經曆晝夜活動和休眠的時間相對應，所有這些現象都在接下來的一天時間內重復出現，在接下來的幾天里，或許會出現實質性差異，如果我們等待的時間足夠長，這些差異就會重復出現，在一年時間里，日子會以各種方式發生變化，其中包括：日出和日落的時間提前和延遲，白天時間的增加和減少，太陽在地平線之上的最大高度和最小高度，以及季節變化週期、植物和動物生活週期等。但從一年的時間角度來講，幾乎沒有變化，幾年內重複循環出現。
基於以上分析，我們就很容易理解為什麼人們會提出一些基於“日”和“年”等概念的計時系統，因為我們在這顆星球上的活動與這些週期性循環密切相關。但通過仔細觀察，出於各種原因，我們在地球上所經曆的日和年的概念並不能很好地轉化為一組標記時間流逝的通用公式。
首先，在地球歷史上，一天的持續時間已經生了巨大變化，當月球、地球和太陽相互作用時，潮汐摩擦現象會導致一天的時間變長，月球會以螺旋方式逐漸遠離地球，大約40億年前，地球的“一天”時間僅持續6-8個小時，一年有1000多天。
然而，一年的變化，或者說地球繞太陽公轉一週所需的時間，縱觀太陽系歷史僅存在少許變化。變化的最大因素是太陽質量改變，迄今為止，太陽已損失了相當於土星的質量，該變化將促使地球被推向距離太陽更遠的區域，並導致它的軌道運行速度隨著時間推移略慢一些，這將導致一年的時間變長，但僅是略微延長——大約延長萬分之二，這相當於從太陽系誕生至今，一年的時間延長了大約2個小時。
但是為什麼我們要將地球的計時概念延伸應用於整個宇宙，以及將其他星系中行星環繞主恒星的任意運動聯繫起來呢？這是不客觀的，也不是絕對的，而且除了以地球為中心的計時標準之外，再也沒什麼用。天和年都不是普遍適用宇宙的時間度量單位，光年和秒差距（或者相關單位，例如：千秒差距、百萬秒差距或者兆秒差距）都不是普遍適用的距離度量單位。
有趣的是，有一些方法可以更客觀、理物理地定義時間，而且它們不會像以地球為中心的定義那樣存在缺陷，但是我們也有一些很好的理由不使用這些時間度量，因為每一個度量都有其優點和缺點，如果你要對某種方法使用進行論證的話，以下有一些可以考慮的選擇，人們可以從太陽系歷史角度進行分析，判斷這些方法是否比現在以年為基礎（實際上是以地球為中心的計時標準）的計時系統更好或者更差。
即使太陽系發生了複雜的天體物理變化，地球一年的持續時間仍可能是一種有效且穩定的衡量標準，我們可以使用該計時標準確定與地球相關的時間計數。由於光速是一個已知且可測量的常數，因此“光年”就作為一個推導出來的距離單位出現了，而且隨時間變化光年的計時標準僅發生很小變化，在過去數十億年的時間里，準確率一直保持在99.98%左右。
有時，我們會使用另一個重要計時定義，雖然它是間接的，但也是基於地球環繞太陽運行一年的定義——秒差距，它不是僅基於時間，而是基於天文角度和三角學原理。當地球環繞太陽運行，相對一顆“未移動恒星”的視位置，就出現了位置變化，人們可以做一個簡單的測試——只睜開左眼，然後交替睜開右眼，就會發現較近的物體相對於較遠的背景物體會出現“位移”。
在天文學領域，我們稱該現象為“視差”，我們使用地球相對於太陽位置的最大距離來代替人類左右眼之間的距離，地日軌道直徑大約3億公里，一個天體相對於遙遠背景移動1弧秒（1/3600度），將被定義為一個秒差距：大約3.26光年。以下是“脫離地球”的幾種宇宙計時系統：
1、普朗克時間
你是在尋找一個除宇宙基本常數之外不依賴任何規律的時間定義嗎？如果取三個最基本、可測量的自然常數，你可能會考慮到普朗克時間。
萬有引力常數G，光速c，以及量子常數（即簡化的普朗克常數）h，將它們結合起來，就可能得出一個基本的時間單位。雖然這對應於一個有趣的宇宙範圍，因為該等級的量子起伏不會形成粒子/反粒子成對化，但對於黑洞則不同，目前沒有相關的物理過程對應於黑洞的時間變化。普朗克時間非常小，這意味著我們甚至需要天文數字等級的普朗克時間來描述亞原子過程，例如：頂夸克，這是目前已知壽命最短的亞原子粒子，其衰變時間大約10^18普朗克時間，一年的時間相當於10^51普朗克時間，這一時間標準並沒有什麼“錯”，但它確實不符合直覺。
2、原子鐘
這是一個有趣、但令人不易接受的事實：所有關於時間、質量和距離的定義都是“非常隨意”的，1秒、1克、1公斤或者1米，都沒有實質意義，我們只是選擇這些價值標準作為人們日常生活中使用的規範常數。然而，我們確實有一些方法可以將這些選擇的量聯繫起來——通過三個基本常數萬有引力常數G，光速c，以及量子常數h，我們用它來定義普朗克時間，如果你對時間或者距離進行定義，例如：光速可以作為另一種衡量單位。
那麼，為什麼不選擇一個特定的原子躍遷來定義時間和距離呢？在原子躍遷過程中，電子從一個能級降至另一個能級，並釋放特定頻率和波長的光線，以此來確定時間和距離範圍。頻率僅是一個反比延時概念，所以人們能通過測量一個波長光線經過的時間來獲得一個“時間”單位，同時，可以通過波長定義“距離”，這就是原子鐘的工作原理，它也可以用於定義秒和米。
但這是一個任意定義，許多時間變轉太快，其時間間隔太小，不適用於日常的計時標準。例如：現代科學界對秒的定義是：一個銫-133原子超精細結構釋放的光子在真空中9192631770個波長週期。
3、哈勃時間
如果我們從另一個角度出發，而不是使用基於量子特性的更小常數，上升至宇宙尺度等級，將會怎樣呢？宇宙以特定的速率膨脹——宇宙膨脹率，該指數經常被稱為哈勃參數或者哈勃常數。雖然我們通常將它描述為一種速度-距離單位，例如：哈勃常數描述為“71 km/s/Mpc”，它也可以簡單地描述為一種逆比時間：2.3 × 10^-18逆秒，如果我們將其轉換為時間，就會得到一個計時單位——“哈勃時間”，相當於4.3 × 10^17秒，大約是宇宙自大爆炸以來的年齡。
如果我們使用光速來計算哈勃時間，就會得出“哈勃距離”為1.3 × 10^26米，或者說是137億光年。這是一種宇宙宏觀參數，我們可以使用距離單位和時間單位來研究真正意義上的宇宙尺度。
不幸的是，這樣存在一個大問題：哈勃常數並不是一個隨時間變化的常數，而是隨著宇宙年齡的增長，以一種複雜的方式不斷下降，具體取決於宇宙中所有不同成分的相對能量密度。
4、氫原子自旋翻轉躍遷
長期以來，我們試圖尋找一個更好的宇宙時間定義，有一種方法值得考慮：整個宇宙中最常見的量子躍遷。無論任何時候形成的中性氫，它的形成都是一個電子結合在原子核上，而原子核幾乎總是一個單獨、裸露的質子，當電子到達基態時，相對於質子的構型將出現兩種可能性。
電子或者質子要麼反方向量子自旋，即其中一個自旋+ 1 / 2，另一個就是自旋-1 / 2；要麼就是同方向量子自旋，即電子和質子都是自旋+ 1 / 2或者自旋-1 / 2。如果自旋是反向排列，那麼就處於最低能態；如果自旋是正向排列，那麼電子旋轉就有一定概率是自發翻轉，釋放一個特定頻率的獨特光子，該頻率為1420405751.77赫茲。
有趣的是，氫原子自旋躍遷速率較慢，相當於2.9× 10^-15逆秒，如果我們將它轉換成宇宙時間和宇宙長度標準，就相當於1090萬年和1090萬光年，相當於大約330萬秒差距。 #媒体手记#
現今，我們可以追溯138億年前發生的大爆炸事件，觀測到宇宙體積延伸至461光年，但是像“年”和“光年”這樣的時間計算單位不僅是完全隨意、以地球為中心，並且從地球歷史上講，這些時間計算單位甚至沒有一致的定義。也許有更好的方法來測量時間，尤其是對宇宙而言，但每種方法都存在著缺點。
關於宇宙，我們可以提出許多宏觀的問題，但這是人類歷史上最令人費解的謎團之一，例如：“宇宙是什麼？宇宙有多大？它是永恒不變的，還是突然形成的，如果是的話，是什麼時候誕生的？”這些問題曾是哲學謎團之一，但過去100年提供了堅定的科學答案。現今基於先進的天文勘測設備，我們知道宇宙是什麼，但迄今我們所觀測的僅是直徑922億光年宇宙的一小部分；我們知道大爆炸事件，這是宇宙開始的標誌性事件，大約發生在138億年前，但準確的發生時間仍有1%的不確定性。
然而，為什麼我們測量宇宙時間和距離的所有方法都使用以地球為中心的單位呢？例如：“年”和“光年”，難道沒有一種更好、更客觀、更普遍的方法來實現嗎？答案是肯定有的，至少科學家傑瑞·貝爾（Jerry Bear）是這樣認為的。
貝爾指出，為什麼宇宙學計算，例如：宇宙年齡和大小，要廣泛地使用狹隘的、與 “年”相關的參數呢？客觀地講，將地球一年的時間概唸作為一種宇宙衡量標準是較狹隘的，光年這個概念僅與宇宙區域測量有關。
以上測量標準都是很好的觀點，但我們需要進一步擴展和思考，尋找一些替代性標準，讓我們來看一下測量宇宙時間背後的科學吧！
在地球上，只有兩種方法來理解時間流逝的概念，這兩種方法都是利用定期重現的現象，這些現象不僅對人類活動至關重要，而且對所有生物活動都至關重要，在較短的時間尺度上，我們有“天”的概念，這是很重要的，原因如下：
一天標誌著日出和日落，大致與地球繞地軸一個完整自轉週期相對應，同時，一天的時間與大多數植物和動物經曆晝夜活動和休眠的時間相對應，所有這些現象都在接下來的一天時間內重復出現，在接下來的幾天里，或許會出現實質性差異，如果我們等待的時間足夠長，這些差異就會重復出現，在一年時間里，日子會以各種方式發生變化，其中包括：日出和日落的時間提前和延遲，白天時間的增加和減少，太陽在地平線之上的最大高度和最小高度，以及季節變化週期、植物和動物生活週期等。但從一年的時間角度來講，幾乎沒有變化，幾年內重複循環出現。
基於以上分析，我們就很容易理解為什麼人們會提出一些基於“日”和“年”等概念的計時系統，因為我們在這顆星球上的活動與這些週期性循環密切相關。但通過仔細觀察，出於各種原因，我們在地球上所經曆的日和年的概念並不能很好地轉化為一組標記時間流逝的通用公式。
首先，在地球歷史上，一天的持續時間已經生了巨大變化，當月球、地球和太陽相互作用時，潮汐摩擦現象會導致一天的時間變長，月球會以螺旋方式逐漸遠離地球，大約40億年前，地球的“一天”時間僅持續6-8個小時，一年有1000多天。
然而，一年的變化，或者說地球繞太陽公轉一週所需的時間，縱觀太陽系歷史僅存在少許變化。變化的最大因素是太陽質量改變，迄今為止，太陽已損失了相當於土星的質量，該變化將促使地球被推向距離太陽更遠的區域，並導致它的軌道運行速度隨著時間推移略慢一些，這將導致一年的時間變長，但僅是略微延長——大約延長萬分之二，這相當於從太陽系誕生至今，一年的時間延長了大約2個小時。
但是為什麼我們要將地球的計時概念延伸應用於整個宇宙，以及將其他星系中行星環繞主恒星的任意運動聯繫起來呢？這是不客觀的，也不是絕對的，而且除了以地球為中心的計時標準之外，再也沒什麼用。天和年都不是普遍適用宇宙的時間度量單位，光年和秒差距（或者相關單位，例如：千秒差距、百萬秒差距或者兆秒差距）都不是普遍適用的距離度量單位。
有趣的是，有一些方法可以更客觀、理物理地定義時間，而且它們不會像以地球為中心的定義那樣存在缺陷，但是我們也有一些很好的理由不使用這些時間度量，因為每一個度量都有其優點和缺點，如果你要對某種方法使用進行論證的話，以下有一些可以考慮的選擇，人們可以從太陽系歷史角度進行分析，判斷這些方法是否比現在以年為基礎（實際上是以地球為中心的計時標準）的計時系統更好或者更差。
即使太陽系發生了複雜的天體物理變化，地球一年的持續時間仍可能是一種有效且穩定的衡量標準，我們可以使用該計時標準確定與地球相關的時間計數。由於光速是一個已知且可測量的常數，因此“光年”就作為一個推導出來的距離單位出現了，而且隨時間變化光年的計時標準僅發生很小變化，在過去數十億年的時間里，準確率一直保持在99.98%左右。
有時，我們會使用另一個重要計時定義，雖然它是間接的，但也是基於地球環繞太陽運行一年的定義——秒差距，它不是僅基於時間，而是基於天文角度和三角學原理。當地球環繞太陽運行，相對一顆“未移動恒星”的視位置，就出現了位置變化，人們可以做一個簡單的測試——只睜開左眼，然後交替睜開右眼，就會發現較近的物體相對於較遠的背景物體會出現“位移”。
在天文學領域，我們稱該現象為“視差”，我們使用地球相對於太陽位置的最大距離來代替人類左右眼之間的距離，地日軌道直徑大約3億公里，一個天體相對於遙遠背景移動1弧秒（1/3600度），將被定義為一個秒差距：大約3.26光年。以下是“脫離地球”的幾種宇宙計時系統：
1、普朗克時間
你是在尋找一個除宇宙基本常數之外不依賴任何規律的時間定義嗎？如果取三個最基本、可測量的自然常數，你可能會考慮到普朗克時間。
萬有引力常數G，光速c，以及量子常數（即簡化的普朗克常數）h，將它們結合起來，就可能得出一個基本的時間單位。雖然這對應於一個有趣的宇宙範圍，因為該等級的量子起伏不會形成粒子/反粒子成對化，但對於黑洞則不同，目前沒有相關的物理過程對應於黑洞的時間變化。普朗克時間非常小，這意味著我們甚至需要天文數字等級的普朗克時間來描述亞原子過程，例如：頂夸克，這是目前已知壽命最短的亞原子粒子，其衰變時間大約10^18普朗克時間，一年的時間相當於10^51普朗克時間，這一時間標準並沒有什麼“錯”，但它確實不符合直覺。
2、原子鐘
這是一個有趣、但令人不易接受的事實：所有關於時間、質量和距離的定義都是“非常隨意”的，1秒、1克、1公斤或者1米，都沒有實質意義，我們只是選擇這些價值標準作為人們日常生活中使用的規範常數。然而，我們確實有一些方法可以將這些選擇的量聯繫起來——通過三個基本常數萬有引力常數G，光速c，以及量子常數h，我們用它來定義普朗克時間，如果你對時間或者距離進行定義，例如：光速可以作為另一種衡量單位。
那麼，為什麼不選擇一個特定的原子躍遷來定義時間和距離呢？在原子躍遷過程中，電子從一個能級降至另一個能級，並釋放特定頻率和波長的光線，以此來確定時間和距離範圍。頻率僅是一個反比延時概念，所以人們能通過測量一個波長光線經過的時間來獲得一個“時間”單位，同時，可以通過波長定義“距離”，這就是原子鐘的工作原理，它也可以用於定義秒和米。
但這是一個任意定義，許多時間變轉太快，其時間間隔太小，不適用於日常的計時標準。例如：現代科學界對秒的定義是：一個銫-133原子超精細結構釋放的光子在真空中9192631770個波長週期。
3、哈勃時間
如果我們從另一個角度出發，而不是使用基於量子特性的更小常數，上升至宇宙尺度等級，將會怎樣呢？宇宙以特定的速率膨脹——宇宙膨脹率，該指數經常被稱為哈勃參數或者哈勃常數。雖然我們通常將它描述為一種速度-距離單位，例如：哈勃常數描述為“71 km/s/Mpc”，它也可以簡單地描述為一種逆比時間：2.3 × 10^-18逆秒，如果我們將其轉換為時間，就會得到一個計時單位——“哈勃時間”，相當於4.3 × 10^17秒，大約是宇宙自大爆炸以來的年齡。
如果我們使用光速來計算哈勃時間，就會得出“哈勃距離”為1.3 × 10^26米，或者說是137億光年。這是一種宇宙宏觀參數，我們可以使用距離單位和時間單位來研究真正意義上的宇宙尺度。
不幸的是，這樣存在一個大問題：哈勃常數並不是一個隨時間變化的常數，而是隨著宇宙年齡的增長，以一種複雜的方式不斷下降，具體取決於宇宙中所有不同成分的相對能量密度。
4、氫原子自旋翻轉躍遷
長期以來，我們試圖尋找一個更好的宇宙時間定義，有一種方法值得考慮：整個宇宙中最常見的量子躍遷。無論任何時候形成的中性氫，它的形成都是一個電子結合在原子核上，而原子核幾乎總是一個單獨、裸露的質子，當電子到達基態時，相對於質子的構型將出現兩種可能性。
電子或者質子要麼反方向量子自旋，即其中一個自旋+ 1 / 2，另一個就是自旋-1 / 2；要麼就是同方向量子自旋，即電子和質子都是自旋+ 1 / 2或者自旋-1 / 2。如果自旋是反向排列，那麼就處於最低能態；如果自旋是正向排列，那麼電子旋轉就有一定概率是自發翻轉，釋放一個特定頻率的獨特光子，該頻率為1420405751.77赫茲。
有趣的是，氫原子自旋躍遷速率較慢，相當於2.9× 10^-15逆秒，如果我們將它轉換成宇宙時間和宇宙長度標準，就相當於1090萬年和1090萬光年，相當於大約330萬秒差距。 #媒体手记#
【如何“脫離地球”更精確地測量宇宙時間？】據國外媒體報導，出於某些原因，當我們談及恒星、星系和宇宙的年齡時，通常使用“年”進行測量和描述，我們是否有更好的方法來測量宇宙時間？
現今，我們可以追溯138億年前發生的大爆炸事件，觀測到宇宙體積延伸至461光年，但是像“年”和“光年”這樣的時間計算單位不僅是完全隨意、以地球為中心，並且從地球歷史上講，這些時間計算單位甚至沒有一致的定義。也許有更好的方法來測量時間，尤其是對宇宙而言，但每種方法都存在著缺點。
關於宇宙，我們可以提出許多宏觀的問題，但這是人類歷史上最令人費解的謎團之一，例如：“宇宙是什麼？宇宙有多大？它是永恒不變的，還是突然形成的，如果是的話，是什麼時候誕生的？”這些問題曾是哲學謎團之一，但過去100年提供了堅定的科學答案。現今基於先進的天文勘測設備，我們知道宇宙是什麼，但迄今我們所觀測的僅是直徑922億光年宇宙的一小部分；我們知道大爆炸事件，這是宇宙開始的標誌性事件，大約發生在138億年前，但準確的發生時間仍有1%的不確定性。
然而，為什麼我們測量宇宙時間和距離的所有方法都使用以地球為中心的單位呢？例如：“年”和“光年”，難道沒有一種更好、更客觀、更普遍的方法來實現嗎？答案是肯定有的，至少科學家傑瑞·貝爾（Jerry Bear）是這樣認為的。
貝爾指出，為什麼宇宙學計算，例如：宇宙年齡和大小，要廣泛地使用狹隘的、與 “年”相關的參數呢？客觀地講，將地球一年的時間概唸作為一種宇宙衡量標準是較狹隘的，光年這個概念僅與宇宙區域測量有關。
以上測量標準都是很好的觀點，但我們需要進一步擴展和思考，尋找一些替代性標準，讓我們來看一下測量宇宙時間背後的科學吧！
在地球上，只有兩種方法來理解時間流逝的概念，這兩種方法都是利用定期重現的現象，這些現象不僅對人類活動至關重要，而且對所有生物活動都至關重要，在較短的時間尺度上，我們有“天”的概念，這是很重要的，原因如下：
一天標誌著日出和日落，大致與地球繞地軸一個完整自轉週期相對應，同時，一天的時間與大多數植物和動物經曆晝夜活動和休眠的時間相對應，所有這些現象都在接下來的一天時間內重復出現，在接下來的幾天里，或許會出現實質性差異，如果我們等待的時間足夠長，這些差異就會重復出現，在一年時間里，日子會以各種方式發生變化，其中包括：日出和日落的時間提前和延遲，白天時間的增加和減少，太陽在地平線之上的最大高度和最小高度，以及季節變化週期、植物和動物生活週期等。但從一年的時間角度來講，幾乎沒有變化，幾年內重複循環出現。
基於以上分析，我們就很容易理解為什麼人們會提出一些基於“日”和“年”等概念的計時系統，因為我們在這顆星球上的活動與這些週期性循環密切相關。但通過仔細觀察，出於各種原因，我們在地球上所經曆的日和年的概念並不能很好地轉化為一組標記時間流逝的通用公式。
首先，在地球歷史上，一天的持續時間已經生了巨大變化，當月球、地球和太陽相互作用時，潮汐摩擦現象會導致一天的時間變長，月球會以螺旋方式逐漸遠離地球，大約40億年前，地球的“一天”時間僅持續6-8個小時，一年有1000多天。
然而，一年的變化，或者說地球繞太陽公轉一週所需的時間，縱觀太陽系歷史僅存在少許變化。變化的最大因素是太陽質量改變，迄今為止，太陽已損失了相當於土星的質量，該變化將促使地球被推向距離太陽更遠的區域，並導致它的軌道運行速度隨著時間推移略慢一些，這將導致一年的時間變長，但僅是略微延長——大約延長萬分之二，這相當於從太陽系誕生至今，一年的時間延長了大約2個小時。
但是為什麼我們要將地球的計時概念延伸應用於整個宇宙，以及將其他星系中行星環繞主恒星的任意運動聯繫起來呢？這是不客觀的，也不是絕對的，而且除了以地球為中心的計時標準之外，再也沒什麼用。天和年都不是普遍適用宇宙的時間度量單位，光年和秒差距（或者相關單位，例如：千秒差距、百萬秒差距或者兆秒差距）都不是普遍適用的距離度量單位。
有趣的是，有一些方法可以更客觀、理物理地定義時間，而且它們不會像以地球為中心的定義那樣存在缺陷，但是我們也有一些很好的理由不使用這些時間度量，因為每一個度量都有其優點和缺點，如果你要對某種方法使用進行論證的話，以下有一些可以考慮的選擇，人們可以從太陽系歷史角度進行分析，判斷這些方法是否比現在以年為基礎（實際上是以地球為中心的計時標準）的計時系統更好或者更差。
即使太陽系發生了複雜的天體物理變化，地球一年的持續時間仍可能是一種有效且穩定的衡量標準，我們可以使用該計時標準確定與地球相關的時間計數。由於光速是一個已知且可測量的常數，因此“光年”就作為一個推導出來的距離單位出現了，而且隨時間變化光年的計時標準僅發生很小變化，在過去數十億年的時間里，準確率一直保持在99.98%左右。
有時，我們會使用另一個重要計時定義，雖然它是間接的，但也是基於地球環繞太陽運行一年的定義——秒差距，它不是僅基於時間，而是基於天文角度和三角學原理。當地球環繞太陽運行，相對一顆“未移動恒星”的視位置，就出現了位置變化，人們可以做一個簡單的測試——只睜開左眼，然後交替睜開右眼，就會發現較近的物體相對於較遠的背景物體會出現“位移”。
在天文學領域，我們稱該現象為“視差”，我們使用地球相對於太陽位置的最大距離來代替人類左右眼之間的距離，地日軌道直徑大約3億公里，一個天體相對於遙遠背景移動1弧秒（1/3600度），將被定義為一個秒差距：大約3.26光年。以下是“脫離地球”的幾種宇宙計時系統：
1、普朗克時間
你是在尋找一個除宇宙基本常數之外不依賴任何規律的時間定義嗎？如果取三個最基本、可測量的自然常數，你可能會考慮到普朗克時間。
萬有引力常數G，光速c，以及量子常數（即簡化的普朗克常數）h，將它們結合起來，就可能得出一個基本的時間單位。雖然這對應於一個有趣的宇宙範圍，因為該等級的量子起伏不會形成粒子/反粒子成對化，但對於黑洞則不同，目前沒有相關的物理過程對應於黑洞的時間變化。普朗克時間非常小，這意味著我們甚至需要天文數字等級的普朗克時間來描述亞原子過程，例如：頂夸克，這是目前已知壽命最短的亞原子粒子，其衰變時間大約10^18普朗克時間，一年的時間相當於10^51普朗克時間，這一時間標準並沒有什麼“錯”，但它確實不符合直覺。
2、原子鐘
這是一個有趣、但令人不易接受的事實：所有關於時間、質量和距離的定義都是“非常隨意”的，1秒、1克、1公斤或者1米，都沒有實質意義，我們只是選擇這些價值標準作為人們日常生活中使用的規範常數。然而，我們確實有一些方法可以將這些選擇的量聯繫起來——通過三個基本常數萬有引力常數G，光速c，以及量子常數h，我們用它來定義普朗克時間，如果你對時間或者距離進行定義，例如：光速可以作為另一種衡量單位。
那麼，為什麼不選擇一個特定的原子躍遷來定義時間和距離呢？在原子躍遷過程中，電子從一個能級降至另一個能級，並釋放特定頻率和波長的光線，以此來確定時間和距離範圍。頻率僅是一個反比延時概念，所以人們能通過測量一個波長光線經過的時間來獲得一個“時間”單位，同時，可以通過波長定義“距離”，這就是原子鐘的工作原理，它也可以用於定義秒和米。
但這是一個任意定義，許多時間變轉太快，其時間間隔太小，不適用於日常的計時標準。例如：現代科學界對秒的定義是：一個銫-133原子超精細結構釋放的光子在真空中9192631770個波長週期。
3、哈勃時間
如果我們從另一個角度出發，而不是使用基於量子特性的更小常數，上升至宇宙尺度等級，將會怎樣呢？宇宙以特定的速率膨脹——宇宙膨脹率，該指數經常被稱為哈勃參數或者哈勃常數。雖然我們通常將它描述為一種速度-距離單位，例如：哈勃常數描述為“71 km/s/Mpc”，它也可以簡單地描述為一種逆比時間：2.3 × 10^-18逆秒，如果我們將其轉換為時間，就會得到一個計時單位——“哈勃時間”，相當於4.3 × 10^17秒，大約是宇宙自大爆炸以來的年齡。
如果我們使用光速來計算哈勃時間，就會得出“哈勃距離”為1.3 × 10^26米，或者說是137億光年。這是一種宇宙宏觀參數，我們可以使用距離單位和時間單位來研究真正意義上的宇宙尺度。
不幸的是，這樣存在一個大問題：哈勃常數並不是一個隨時間變化的常數，而是隨著宇宙年齡的增長，以一種複雜的方式不斷下降，具體取決於宇宙中所有不同成分的相對能量密度。
4、氫原子自旋翻轉躍遷
長期以來，我們試圖尋找一個更好的宇宙時間定義，有一種方法值得考慮：整個宇宙中最常見的量子躍遷。無論任何時候形成的中性氫，它的形成都是一個電子結合在原子核上，而原子核幾乎總是一個單獨、裸露的質子，當電子到達基態時，相對於質子的構型將出現兩種可能性。
電子或者質子要麼反方向量子自旋，即其中一個自旋+ 1 / 2，另一個就是自旋-1 / 2；要麼就是同方向量子自旋，即電子和質子都是自旋+ 1 / 2或者自旋-1 / 2。如果自旋是反向排列，那麼就處於最低能態；如果自旋是正向排列，那麼電子旋轉就有一定概率是自發翻轉，釋放一個特定頻率的獨特光子，該頻率為1420405751.77赫茲。
有趣的是，氫原子自旋躍遷速率較慢，相當於2.9× 10^-15逆秒，如果我們將它轉換成宇宙時間和宇宙長度標準，就相當於1090萬年和1090萬光年，相當於大約330萬秒差距。 #媒体手记#
現今，我們可以追溯138億年前發生的大爆炸事件，觀測到宇宙體積延伸至461光年，但是像“年”和“光年”這樣的時間計算單位不僅是完全隨意、以地球為中心，並且從地球歷史上講，這些時間計算單位甚至沒有一致的定義。也許有更好的方法來測量時間，尤其是對宇宙而言，但每種方法都存在著缺點。
關於宇宙，我們可以提出許多宏觀的問題，但這是人類歷史上最令人費解的謎團之一，例如：“宇宙是什麼？宇宙有多大？它是永恒不變的，還是突然形成的，如果是的話，是什麼時候誕生的？”這些問題曾是哲學謎團之一，但過去100年提供了堅定的科學答案。現今基於先進的天文勘測設備，我們知道宇宙是什麼，但迄今我們所觀測的僅是直徑922億光年宇宙的一小部分；我們知道大爆炸事件，這是宇宙開始的標誌性事件，大約發生在138億年前，但準確的發生時間仍有1%的不確定性。
然而，為什麼我們測量宇宙時間和距離的所有方法都使用以地球為中心的單位呢？例如：“年”和“光年”，難道沒有一種更好、更客觀、更普遍的方法來實現嗎？答案是肯定有的，至少科學家傑瑞·貝爾（Jerry Bear）是這樣認為的。
貝爾指出，為什麼宇宙學計算，例如：宇宙年齡和大小，要廣泛地使用狹隘的、與 “年”相關的參數呢？客觀地講，將地球一年的時間概唸作為一種宇宙衡量標準是較狹隘的，光年這個概念僅與宇宙區域測量有關。
以上測量標準都是很好的觀點，但我們需要進一步擴展和思考，尋找一些替代性標準，讓我們來看一下測量宇宙時間背後的科學吧！
在地球上，只有兩種方法來理解時間流逝的概念，這兩種方法都是利用定期重現的現象，這些現象不僅對人類活動至關重要，而且對所有生物活動都至關重要，在較短的時間尺度上，我們有“天”的概念，這是很重要的，原因如下：
一天標誌著日出和日落，大致與地球繞地軸一個完整自轉週期相對應，同時，一天的時間與大多數植物和動物經曆晝夜活動和休眠的時間相對應，所有這些現象都在接下來的一天時間內重復出現，在接下來的幾天里，或許會出現實質性差異，如果我們等待的時間足夠長，這些差異就會重復出現，在一年時間里，日子會以各種方式發生變化，其中包括：日出和日落的時間提前和延遲，白天時間的增加和減少，太陽在地平線之上的最大高度和最小高度，以及季節變化週期、植物和動物生活週期等。但從一年的時間角度來講，幾乎沒有變化，幾年內重複循環出現。
基於以上分析，我們就很容易理解為什麼人們會提出一些基於“日”和“年”等概念的計時系統，因為我們在這顆星球上的活動與這些週期性循環密切相關。但通過仔細觀察，出於各種原因，我們在地球上所經曆的日和年的概念並不能很好地轉化為一組標記時間流逝的通用公式。
首先，在地球歷史上，一天的持續時間已經生了巨大變化，當月球、地球和太陽相互作用時，潮汐摩擦現象會導致一天的時間變長，月球會以螺旋方式逐漸遠離地球，大約40億年前，地球的“一天”時間僅持續6-8個小時，一年有1000多天。
然而，一年的變化，或者說地球繞太陽公轉一週所需的時間，縱觀太陽系歷史僅存在少許變化。變化的最大因素是太陽質量改變，迄今為止，太陽已損失了相當於土星的質量，該變化將促使地球被推向距離太陽更遠的區域，並導致它的軌道運行速度隨著時間推移略慢一些，這將導致一年的時間變長，但僅是略微延長——大約延長萬分之二，這相當於從太陽系誕生至今，一年的時間延長了大約2個小時。
但是為什麼我們要將地球的計時概念延伸應用於整個宇宙，以及將其他星系中行星環繞主恒星的任意運動聯繫起來呢？這是不客觀的，也不是絕對的，而且除了以地球為中心的計時標準之外，再也沒什麼用。天和年都不是普遍適用宇宙的時間度量單位，光年和秒差距（或者相關單位，例如：千秒差距、百萬秒差距或者兆秒差距）都不是普遍適用的距離度量單位。
有趣的是，有一些方法可以更客觀、理物理地定義時間，而且它們不會像以地球為中心的定義那樣存在缺陷，但是我們也有一些很好的理由不使用這些時間度量，因為每一個度量都有其優點和缺點，如果你要對某種方法使用進行論證的話，以下有一些可以考慮的選擇，人們可以從太陽系歷史角度進行分析，判斷這些方法是否比現在以年為基礎（實際上是以地球為中心的計時標準）的計時系統更好或者更差。
即使太陽系發生了複雜的天體物理變化，地球一年的持續時間仍可能是一種有效且穩定的衡量標準，我們可以使用該計時標準確定與地球相關的時間計數。由於光速是一個已知且可測量的常數，因此“光年”就作為一個推導出來的距離單位出現了，而且隨時間變化光年的計時標準僅發生很小變化，在過去數十億年的時間里，準確率一直保持在99.98%左右。
有時，我們會使用另一個重要計時定義，雖然它是間接的，但也是基於地球環繞太陽運行一年的定義——秒差距，它不是僅基於時間，而是基於天文角度和三角學原理。當地球環繞太陽運行，相對一顆“未移動恒星”的視位置，就出現了位置變化，人們可以做一個簡單的測試——只睜開左眼，然後交替睜開右眼，就會發現較近的物體相對於較遠的背景物體會出現“位移”。
在天文學領域，我們稱該現象為“視差”，我們使用地球相對於太陽位置的最大距離來代替人類左右眼之間的距離，地日軌道直徑大約3億公里，一個天體相對於遙遠背景移動1弧秒（1/3600度），將被定義為一個秒差距：大約3.26光年。以下是“脫離地球”的幾種宇宙計時系統：
1、普朗克時間
你是在尋找一個除宇宙基本常數之外不依賴任何規律的時間定義嗎？如果取三個最基本、可測量的自然常數，你可能會考慮到普朗克時間。
萬有引力常數G，光速c，以及量子常數（即簡化的普朗克常數）h，將它們結合起來，就可能得出一個基本的時間單位。雖然這對應於一個有趣的宇宙範圍，因為該等級的量子起伏不會形成粒子/反粒子成對化，但對於黑洞則不同，目前沒有相關的物理過程對應於黑洞的時間變化。普朗克時間非常小，這意味著我們甚至需要天文數字等級的普朗克時間來描述亞原子過程，例如：頂夸克，這是目前已知壽命最短的亞原子粒子，其衰變時間大約10^18普朗克時間，一年的時間相當於10^51普朗克時間，這一時間標準並沒有什麼“錯”，但它確實不符合直覺。
2、原子鐘
這是一個有趣、但令人不易接受的事實：所有關於時間、質量和距離的定義都是“非常隨意”的，1秒、1克、1公斤或者1米，都沒有實質意義，我們只是選擇這些價值標準作為人們日常生活中使用的規範常數。然而，我們確實有一些方法可以將這些選擇的量聯繫起來——通過三個基本常數萬有引力常數G，光速c，以及量子常數h，我們用它來定義普朗克時間，如果你對時間或者距離進行定義，例如：光速可以作為另一種衡量單位。
那麼，為什麼不選擇一個特定的原子躍遷來定義時間和距離呢？在原子躍遷過程中，電子從一個能級降至另一個能級，並釋放特定頻率和波長的光線，以此來確定時間和距離範圍。頻率僅是一個反比延時概念，所以人們能通過測量一個波長光線經過的時間來獲得一個“時間”單位，同時，可以通過波長定義“距離”，這就是原子鐘的工作原理，它也可以用於定義秒和米。
但這是一個任意定義，許多時間變轉太快，其時間間隔太小，不適用於日常的計時標準。例如：現代科學界對秒的定義是：一個銫-133原子超精細結構釋放的光子在真空中9192631770個波長週期。
3、哈勃時間
如果我們從另一個角度出發，而不是使用基於量子特性的更小常數，上升至宇宙尺度等級，將會怎樣呢？宇宙以特定的速率膨脹——宇宙膨脹率，該指數經常被稱為哈勃參數或者哈勃常數。雖然我們通常將它描述為一種速度-距離單位，例如：哈勃常數描述為“71 km/s/Mpc”，它也可以簡單地描述為一種逆比時間：2.3 × 10^-18逆秒，如果我們將其轉換為時間，就會得到一個計時單位——“哈勃時間”，相當於4.3 × 10^17秒，大約是宇宙自大爆炸以來的年齡。
如果我們使用光速來計算哈勃時間，就會得出“哈勃距離”為1.3 × 10^26米，或者說是137億光年。這是一種宇宙宏觀參數，我們可以使用距離單位和時間單位來研究真正意義上的宇宙尺度。
不幸的是，這樣存在一個大問題：哈勃常數並不是一個隨時間變化的常數，而是隨著宇宙年齡的增長，以一種複雜的方式不斷下降，具體取決於宇宙中所有不同成分的相對能量密度。
4、氫原子自旋翻轉躍遷
長期以來，我們試圖尋找一個更好的宇宙時間定義，有一種方法值得考慮：整個宇宙中最常見的量子躍遷。無論任何時候形成的中性氫，它的形成都是一個電子結合在原子核上，而原子核幾乎總是一個單獨、裸露的質子，當電子到達基態時，相對於質子的構型將出現兩種可能性。
電子或者質子要麼反方向量子自旋，即其中一個自旋+ 1 / 2，另一個就是自旋-1 / 2；要麼就是同方向量子自旋，即電子和質子都是自旋+ 1 / 2或者自旋-1 / 2。如果自旋是反向排列，那麼就處於最低能態；如果自旋是正向排列，那麼電子旋轉就有一定概率是自發翻轉，釋放一個特定頻率的獨特光子，該頻率為1420405751.77赫茲。
有趣的是，氫原子自旋躍遷速率較慢，相當於2.9× 10^-15逆秒，如果我們將它轉換成宇宙時間和宇宙長度標準，就相當於1090萬年和1090萬光年，相當於大約330萬秒差距。 #媒体手记#
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