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米的由来

米的由来 1791 年,法国科学家认为地球的大小是不变的,并提出把地球子午线的四千万分之一 的长度定为一米,并用铂制成了截面为 4mm×25.3mm 的第一根标准米尺。这根标准米尺就 成了世界最早的米原器保存在法国档案馆,“米”这一单位也由此诞生。米原器作为长度单位 的基础,在法国使用了 84 年。 1875 年 3 月 1 日,法国政府邀请美国、俄国、德国、阿根廷、奥地利、丹麦、比利时 等 20 个国家的代表,在巴黎召开会议,并于同年 5 月 20 日(1999 年第 21 届国际计量大会 确定每年 5 月 20 日为世界计量日) ,由 20 个国家中的 17 个全权代表签定了“米制公约”,这 个会议上首先统一了长度单位“米”和质量单位“千克”。 米制公约签字国承认了以法国档案米 原器作为长度基准。这次会议上还决定由签字国共同出资建立国际计量局(BIPM) ,并确定 将局址设在巴黎, 其目的是保证米制的国际间的统一和发展。 会议还决定以法国档案米尺为 基准制成了 30 根基准米尺发给各成员国作为备用长度标准。并要求定期送往巴黎与米原器 进行比较。 1889 年 9 月 20 日, 第一届国际计量大会根据瑞士制造的米原器, 给“米”的定义是: ℃ “0 时,巴黎国际计量局的截面为 X 形的铂铱合金尺两端刻线记号间的距离。”这是国际计量局 第一次给“米”下的定义。但因为刻线的宽度影响,科学家对这个米原器的精度感到不满意。 如何提高米原器的精度,又不至于受环境的影响,是摆在科学家们面前的一大课题。 1960 年 10 月的第 11 届国际计量大会上给“米”下了第二次定义: “米等于氪 86 原子 2P10 和 5d 能级间跃迁所对应的辐射在真空中的 1650763. 73 个波长的长度。”以自然基准代替实 物基准,这是计量科学的一次革命。用光波波长定义“米”的主要优点是稳定、不受环境的影 响,只要符合定义规定的物理条件,就能复现。但是在特殊的技术条件下,氪 86 用起来很 困难,仍不是科学家理想的“米原器”,在用了 23 年后就被淘汰了。 基于光速的不变性和激光的良好单色性等因素,1983 年第 17 届国际计量大会将“米”定 义为“光在真空中 1/299792458s 的时间间隔内行程的长度。”这是米的第三次定义。因为光 速在真空是永远不变的,因而基准米就更加精确了。 我国于 1977 年 5 月签署米制公约并参加了 16 届国际计量大会, 在全国范围内统一使用 同一法定计量单位“米”,大大促进了科技的进步与经济的发展。 从马屁股到光速 看人类科学精神的历史轨迹 俗话说:没有规矩,不成方圆。由此可见标准的重要性。但若是了解早期标准制定的随 意性后,人们对于标准的权威恐怕要大打折扣。在容积、重量、长度等标准确定上,长度标 准的确定是最早而且最为随意的。 马屁股决定火箭助推器宽度 一个广为人知的经典段子是关于马屁股的。现代铁路的铁轨间距是四英尺又八点五英 寸, 其原因是因为铁轨间距采用的是电车轮距的标准。 那么电车的标准又从何而来呢?原来 电车的标准又是沿袭马车的轮距标准。 那么马车为何要采用这个标准呢?原来英国马路辙迹的宽度正是四英尺又八点五英寸。 如果马车改用其他轮距, 轮子很快会在英国的老路上撞坏。 那么英国马路的辙迹宽度又从何 而来呢?答案是古罗马人。整个欧洲,包括英国的长途老路都是罗马人为其军队铺设的,而 四英尺又八点五英寸正是罗马战车的宽度。 可以再追问一句, 罗马战车的宽度又是怎么来的?答案非常简单, 因为它正是牵引一辆 战车的两匹马屁股的宽度。 段子到这里还没有结束, 美国航天飞机的火箭助推器也摆脱不了马屁股的纠缠。 原来火 箭助推器造好之后要经过铁路运送, 而铁路上必然有一些隧道, 隧道的宽度又是仅比铁轨宽

度增加一些。 最后,代表着现代科技最尖端的火箭助推器宽度竟然由 2000 年前的两匹马屁股所决定 了。 身体部位决定长度标准 马屁股可不是长度标准确定随意性的惟一例子。在古时,人的身体及某些部分,甚至某 些动作幅度,都能作为长度标准的参照依据。 最早有记载的人为标准物来自古埃及。 埃及人用质地坚硬的花岗岩制作了一根长度标准 物(Cubit) ,而这个长度标准是法老的小臂拐肘到中指间的距离,因此又叫腕尺。虽然这个 标准的确定相当随意,但的确解决了很重要的问题。例如金字塔的准确施工得到了保证,胡 夫金字塔塔底边长与平均边长相差不过 0.05%便得益与此。 古希腊人崇尚人体美,于是他们便找来美男子库里修斯,以他双手伸开时,两手中指尖 的距离为长度标准,称一浔。在古罗马,恺撒大帝以其军队行军时行走两千步为罗马里。后 来英国人沿用至今,便是英里的由来。 公元 9 世纪,英皇亨利一世在位时,组织大臣们讨论一码究竟应该为多长。大臣们为此 争论不休,各说各的理。亨利一世急了,他没想到这么简单的问题,大臣们居然可以闹得不 可开交。一拍大腿,说道:全都不许闹,一码就是我鼻尖到食指尖的距离。于是,码的标准 便伴随着亨利一世的怒气诞生了。 英寸的标准则是十世纪英王埃德加的拇指关节长度。但到了 14 世纪,英皇爱德华二世 颁布“标准合法英寸”,即从大麦穗中选取三粒最大的麦粒排成一行的长度就是一英寸。 英尺最先的规定是一个成年人的脚长。 但德国人显然并不满意英国人的随意性, 他们认 为脚的长度因人而异,具体使用时,人们基本都是依据自己的脚长来计算长度,这样误差太 大。于是在 16 世纪,他们找了 16 个从教堂出来的男子,将他们左脚的长度加在一起,再除 以 16,求得平均脚长。这样才诞生了我们现在使用的英尺标准。 中国长度标准的由来 使用身体和马屁股来定义长度标准的并不仅限于老外。在中国,情况也基本类似。唐代 便以唐太宗李世民的双步 (左右脚各迈一步) 为尺寸标准, 叫作“步”, 并规定三百步为一里。 一“步”的五分之—为一尺。唐代—尺合现在 0.303 米,一里合 454.2 米。 史书记载,远古时期,人们便“布手知尺”、“身高为丈”、“迈步定亩”。古人中指中节之 长被定义为一寸,直到现在,中医的针灸中还袭用这个长度标准。 中国最早的长度标准实物是安阳殷墟出土的商尺。 这支骨尺由兽骨磨成, 尺长 17 厘米, 上面标刻着等长的十个单位。由于史料的缺乏,这根骨尺的原始标准不知从何而来,但根据 古人长度标准制定的经验,很有可能便是哪位老祖宗的手掌长度呢。 到了春秋战国时期,各国诸侯纷纷定义自己领土内的长度标准。这个王的手掌,哪个王 的小腿,纷纷派上用场,搞得中华大地长度标准极为混乱,给国与国之间的交流造成了极大 的不便。待到秦始皇统一中国时,其他王侯的身体部位才开始退出历史舞台,统一使用秦国 的长度标准。 由此看来,历史教科书中将秦始皇统一度量衡,作为历史功绩标载入史,还的确有些道 理。 法国人开创“米制天下” 如果没有法国人,可能今天的人们在生活中,很难摆脱 “马屁股”和“小腿”的尴尬。众所周知,当今世界采用最为广泛的长度单位是米制。而米制的 确定和广泛使用,不能不感谢法国人的功劳。 1791 年,具有革命思想的著名科学家拉格朗日,在法国大革命胜利后,被选为法国度 量衡委员会主席。在他的推动下,法国当局规定:把经过巴黎的地球子午线的四千万分之一 定义为 1 米。也就是说,1 米等于从地球极点到赤道距离的一千万分之一。 使用与地球周长密切关联的长度单位,自然高出“马屁股”和“小腿”许多了。但问题是,

如何知道地球经线的长度呢?天文学家约瑟夫·德朗布尔和安德烈·梅尚坚决地接受了这一艰 巨任务。 在当时欧洲的狂热革命与纷飞战火中, 两位科学家冒着生命危险开始了他们细致的 勘测工作。 7 年后,德朗布尔和梅尚终于带着勘测资料回到了巴黎。崇尚科学的拿破仑给予了两位 科学家极高的评价:胜利如过眼烟云,但这项成就将永存于世。 之后, 法国度量衡委员会采用两位科学家的测量数量, 用铂铱合金制成了一根标准米尺 存档。这就是我们常说的“米原器”。1812 年,法国颁布实行米制,并在 1837 年在全国强力 推行,使米制率先在法国扎根。1875 年,国际度量衡委员会在巴黎召开会议,确定米制为 标准国际长度长度。法、德、美、俄等 17 国政府代表还共同签署了《米制公约》 。 光速取代“米原器” 随着科学技术对于长度标准的精确度越来越高, 米原器开始逐渐显得不能适应科技的需 要了。起初,法国政府还依据米原器制作了几十根米尺,纷发给《米制公约》各成员国,并 规定定期回来接受校正。 但采用实物作为长度标准, 其误差开始不能被追求精确的科学家们 接受。 由于米原器的截面存在,米原器的标准长度便被人质疑。于是,一种更加精确且不会损 坏的自然基准开始应运而生。 1960 年第 11 届国际计量大会上, 科学界重新规定了米的标准。 新标准规定,在真空中,氪 86(氪一种同位素)发出各向同性的橙色光波长的 1,650,763 倍为 1 米。显然,这个规定摆脱了米原器截面误差的困扰。 但氪 86 的光波长度的确很难获得,各国在使用过程中也感觉并不方便。于是,人们想 到了真空中的光速是恒定不变的。1983 年,国际计量局又重新定义了米的标准。即:真空 中的光,在 299792.458 分之一秒内通过的行程长度为 1 米。这个标准被一直沿用至今。


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