長(zhǎng)度單位米的標(biāo)準(zhǔn)是怎么來(lái)的（由法國(guó)科學(xué)家研究）

人類(lèi)對(duì)長(zhǎng)度和距離的測(cè)量歷史悠久，變化也是異常的豐富多彩。

從亂進(jìn)級(jí)到十進(jìn)制

從世界范圍來(lái)看，度量衡的統(tǒng)一是人類(lèi)運(yùn)輸和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然結(jié)果。為了征稅，需要統(tǒng)一計(jì)量，以便開(kāi)展貿(mào)易和商品貿(mào)易。我國(guó)是世界上較早實(shí)行度量衡統(tǒng)一的國(guó)家。自公元前359年秦朝商鞅法修改后，統(tǒng)一度量衡律頒布。后來(lái)秦始皇統(tǒng)一全國(guó)，實(shí)行“車(chē)同軌、書(shū)同文”和統(tǒng)一度量單位的政策。

長(zhǎng)度的基本單位是規(guī)則，大致是普通人從手腕到肘部的長(zhǎng)度。到目前為止，小臂外側(cè)的骨頭也被稱(chēng)為尺骨。在秦朝，標(biāo)準(zhǔn)尺的長(zhǎng)度約為23厘米今天。實(shí)際上，長(zhǎng)度的測(cè)量仍然是混亂的。用于表示長(zhǎng)度的其他單位如下：

拃，讀zhǎ，指張開(kāi)的拇指和中指（或小指）的長(zhǎng)度。比如我們所說(shuō)的一拃長(zhǎng)。

庹，讀tuǒ，成人雙臂左右長(zhǎng)。比如兩庹長(zhǎng)。

還有：五尺曰墨，六尺曰步，七尺曰仞，八尺曰尋，十尺曰丈，一百五十丈曰里，等等。

隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們的活動(dòng)和交往不斷擴(kuò)大，需要在更大范圍內(nèi)統(tǒng)一衡量和平衡的標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)理想的單位制度必須具備兩個(gè)條件：一是基本單位要準(zhǔn)確客觀，二是進(jìn)級(jí)相對(duì)科學(xué)。

我國(guó)統(tǒng)一的長(zhǎng)度計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)雖然建立較早，但并不科學(xué)。除基本單位規(guī)模外，還有“灘”、“庹”等非標(biāo)準(zhǔn)基本單位。另外，進(jìn)度很不科學(xué)，包括不規(guī)則的步驟，如墨、步、任、搜、丈、里等。在國(guó)外，英國(guó)的長(zhǎng)度制已經(jīng)流行很長(zhǎng)時(shí)間了，它的基本單位不僅是英尺，而且還有碼，進(jìn)位也是十進(jìn)制數(shù)，與十進(jìn)制的數(shù)制不統(tǒng)一，使用起來(lái)也不方便。

建立一個(gè)更科學(xué)的單位制后來(lái)落在法國(guó)的肩膀上。這是因?yàn)樵?8世紀(jì)末，法國(guó)創(chuàng)造了新的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的客觀條件：

首先，當(dāng)時(shí)法國(guó)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)非常混亂，每個(gè)地方都有自己的長(zhǎng)度單位。即使在同一個(gè)地方，不同的行業(yè)也有不同的單位。長(zhǎng)期以來(lái)，人們渴望改革，希望制定一個(gè)統(tǒng)一的長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)；但在法國(guó)大革命之前，政府的權(quán)威還不夠，或者政府對(duì)這個(gè)問(wèn)題沒(méi)有引起足夠的重視。

第二，1789年法國(guó)大革命后，新政府高度重視計(jì)量單位改革，立即開(kāi)始改革。

第三，18世紀(jì)末，法國(guó)出現(xiàn)了一批世界著名的科學(xué)家。新政府把改革托付給了這些科學(xué)家，使新的單位制能夠牢固地建立在新發(fā)展科學(xué)的基礎(chǔ)上。

1790年5月8日，法國(guó)國(guó)民議會(huì)宣布對(duì)計(jì)量衡進(jìn)行改革，并委托法國(guó)科學(xué)院決定如何規(guī)范度量衡。法國(guó)科學(xué)院成立了一個(gè)委員會(huì)來(lái)處理這個(gè)問(wèn)題。該委員會(huì)由數(shù)學(xué)家和力學(xué)專(zhuān)家拉格朗日、力科學(xué)家和天文學(xué)家拉普拉斯、化學(xué)家拉瓦西、測(cè)量?jī)x器設(shè)計(jì)師德邦達(dá)、科學(xué)院秘書(shū)等組成。拉格朗日是委員會(huì)主席。

委員會(huì)做的第一件事就是充分利用拉格朗日提出的以十進(jìn)制為標(biāo)準(zhǔn)單位的建議。1790年10月27日，委員會(huì)決定將計(jì)量單位定為十進(jìn)制。這樣，計(jì)量單位的十進(jìn)制與長(zhǎng)期形成數(shù)的十進(jìn)制是一致的，給計(jì)算帶來(lái)了極大的方便。

從海里到米

委員會(huì)做的第二件事是討論長(zhǎng)度和質(zhì)量的單位。他們決定用從赤道到北極的百萬(wàn)分之一米作為米，百分之一米作為厘米，1立方分米的純水作為基本質(zhì)量單位。1791年3月30日，法國(guó)國(guó)民議會(huì)通過(guò)了這項(xiàng)提案。這些基本單位的編制原則，必須以自然界的客觀量為基礎(chǔ)。此后，法國(guó)科學(xué)院的許多專(zhuān)家致力于標(biāo)準(zhǔn)量的測(cè)量和測(cè)定。

法國(guó)國(guó)民議會(huì)大廈

之所以采用從赤道到北極十分之一米的長(zhǎng)度單位，是基于這樣的思考：15至16世紀(jì)，隨著世界航海事業(yè)的迅速發(fā)展，一種與航海密切相關(guān)的長(zhǎng)度單位非常流行，那就是海洋。一海里大約是地球大圓角度的一分鐘。這對(duì)導(dǎo)航非常方便。只要測(cè)量星空與原始位置的差值，就可以直接得到距離。新的長(zhǎng)度單位也應(yīng)完全滿(mǎn)足航海的要求，因此大圓的1/4，即赤道到北極長(zhǎng)度的1/10百萬(wàn)分之一，被視為1米。當(dāng)時(shí)，委員會(huì)原計(jì)劃將直角度從90°改為100°，但后者未能實(shí)現(xiàn)。如果計(jì)劃最終實(shí)現(xiàn)，沿大圓1°航行100公里將非常方便。

接下來(lái)，我們需要測(cè)量地球子午線的長(zhǎng)度。天文學(xué)家約瑟夫·德·蘭布爾和安德烈·邁尚毅然接受了這一重要任務(wù)。他們同意從巴黎出發(fā)，背著背行走，完成從敦刻爾克到巴黎再到巴塞羅那的地球子午線測(cè)量。博學(xué)的德·蘭布爾從巴黎北上，細(xì)致的麥尚從巴黎南下。一旦他們到達(dá)各自的目的地敦刻爾克和巴塞羅那，他們就開(kāi)始測(cè)量他們之間的距離。最后，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，他們算出了一米的長(zhǎng)度。然而，當(dāng)時(shí)法國(guó)正處于資產(chǎn)階級(jí)革命的狂潮之中，社會(huì)一片混亂。這兩位科學(xué)家經(jīng)常冒著被追捕的危險(xiǎn)。在巴黎郊區(qū)，德蘭布爾多次避開(kāi)狂熱分子的追擊，幾次差點(diǎn)被送上斷頭臺(tái)。在法國(guó)和西班牙的激戰(zhàn)中，邁尚作為法國(guó)間諜被拘留。

經(jīng)過(guò)七年的跋涉，德·蘭布爾和邁尚終于在法國(guó)南部的卡爾卡松要塞相遇。當(dāng)他們帶著調(diào)查數(shù)據(jù)回到巴黎時(shí)，拿破侖·波拿巴已經(jīng)成為法國(guó)的新統(tǒng)治者，法國(guó)政局已經(jīng)恢復(fù)穩(wěn)定。巴黎人民像英雄一樣歡迎他們。提倡科學(xué)的拿破侖也對(duì)他們給予了高度評(píng)價(jià)：“勝利就像過(guò)眼云煙，但這一成就將永垂不朽。”

巴黎國(guó)際科學(xué)委員會(huì)還用純鉑制作了一根一米長(zhǎng)的金屬棒，以紀(jì)念兩位科學(xué)家的探索活動(dòng)。

1812年，法國(guó)頒布了“米制”，并于1837年起在全國(guó)推行，使米制首先在法國(guó)生根發(fā)芽。

1875年，國(guó)際度量衡理事會(huì)在巴黎召開(kāi)會(huì)議。法、德、美、俄等17國(guó)政府代表共同簽署了《公制公約》，同意成立國(guó)際度量衡局，承認(rèn)公制是法國(guó)大革命誕生的最大科學(xué)事業(yè)。“米”被確定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度單位，一直沿用至今。

從“檔案米”到光波米

不幸的是，從事測(cè)量工作的天文學(xué)家犯了一個(gè)小錯(cuò)誤，導(dǎo)致1米的長(zhǎng)度比規(guī)定長(zhǎng)度短了0.02毫米。后來(lái)，通過(guò)精確的衛(wèi)星測(cè)量，人們發(fā)現(xiàn)從地球極點(diǎn)到赤道的經(jīng)度為100022.9萬(wàn)米，而不是梅尚測(cè)量的1000萬(wàn)米。也就是說(shuō)，1米的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度單位比規(guī)定長(zhǎng)度短0.02毫米。著名科普作家肯·奧爾德曾在《萬(wàn)物衡》雜志上披露，當(dāng)麥尚回到巴黎時(shí)，他發(fā)現(xiàn)自己的測(cè)量有誤，因?yàn)樗�在同一個(gè)地方的兩個(gè)測(cè)量不符。這個(gè)錯(cuò)誤造成的內(nèi)疚讓梅尚日夜不安，精神瀕臨崩潰。為了改正錯(cuò)誤，他又到野外測(cè)量，在測(cè)量的途中死于瘧疾。

1799年，法國(guó)科學(xué)家根據(jù)測(cè)量結(jié)果制作了一根橫截面為3.5mm×25mm的鉑金棒，棒兩端的距離定為1m，交法國(guó)檔案館保管。因此，這種鉑金棒也被稱(chēng)為“文件米”。這是“米”的最早定義。

由于“檔案米”變形嚴(yán)重，1872年放棄了“檔案米”的定義，采用鉑銥合金（90%鉑和10%銥）作為長(zhǎng)度單位。原始米器是根據(jù)“檔案米”的長(zhǎng)度制作的。當(dāng)時(shí)共制作了31件，橫截面大致呈X形。“檔案米”的長(zhǎng)度被刻在尺子的凹槽（中性面）上，兩條線的寬度為6-8微米。

1889年，在第一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上，國(guó)際計(jì)量局認(rèn)證的31米中最接近0℃時(shí)“檔案米”第6號(hào)米原器被選為國(guó)際米樣機(jī)。作為世界上最權(quán)威的長(zhǎng)度基準(zhǔn)，它被保存在巴黎國(guó)際計(jì)量局的地下室，其余的標(biāo)尺作為輔助標(biāo)尺分發(fā)給參與國(guó)。按慣例，當(dāng)環(huán)境氣溫為0℃時(shí)，原表兩端與中線的距離為1米。

1927年，第七屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)對(duì)計(jì)量的定義作了嚴(yán)格的規(guī)定。除溫度要求外，還提出原儀表必須保持在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，并對(duì)其放置方法作了具體規(guī)定。

但是，以米為客觀標(biāo)準(zhǔn)存在著材料變形、測(cè)量精度低（僅0.1微米）、難以滿(mǎn)足計(jì)量等精密測(cè)量的需要等缺點(diǎn)。另外，如果原來(lái)的米器損壞，就沒(méi)有復(fù)制的依據(jù)。特別是復(fù)制品很難保證與原米具完全一致，這給使用國(guó)帶來(lái)了困難。因此，以自然量?jī)r(jià)值為單位基準(zhǔn)的思想一直是人們所向往的。

20世紀(jì)50年代，隨著同位素光譜光源的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)了寬窄的氪86同位素譜線。隨著干涉技術(shù)的成功，人們終于找到了一種不易破壞的自然標(biāo)準(zhǔn)，即以光波長(zhǎng)為單位的自然標(biāo)準(zhǔn)。

1960年，第十一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)對(duì)米的定義作了如下修改：“米的長(zhǎng)度等于氪86原子2p10和5d1能級(jí)躍遷真空輻射波長(zhǎng)的1650763.73倍”，這一自然基準(zhǔn)性能穩(wěn)定，不存在變形問(wèn)題，是一種理想的測(cè)量方法易于復(fù)制，精度高。1963年，我國(guó)建立了氪86同位素長(zhǎng)度基準(zhǔn)。儀表定義變更后，原儀表仍保留在國(guó)際計(jì)量局。

“火星氣候探測(cè)者”號(hào)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，自20世紀(jì)70年代以來(lái)，對(duì)時(shí)間和光速的測(cè)量已經(jīng)達(dá)到了非常高的精度。因此，在1983年10月于巴黎舉行的第17屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上，通過(guò)了一個(gè)新的米的定義：“米是光在真空中以1/299792458秒的時(shí)間間隔行進(jìn)的長(zhǎng)度。”

用新的米定義取代了基于譜線波長(zhǎng)的米定義。

從“自家米”到“國(guó)際米”

采用國(guó)際單位可以使我國(guó)更快地與國(guó)際科學(xué)界、工商界接軌，是一個(gè)國(guó)家對(duì)外開(kāi)放的標(biāo)志。

1908年，清政府制定了該制度的規(guī)模和實(shí)施條例。國(guó)際權(quán)威局應(yīng)邀生產(chǎn)鉑銥合金和鎳鋼合金原輔材料，次年生產(chǎn)并運(yùn)回中國(guó)。1928年，頒布了《計(jì)量衡算法》，規(guī)定以“萬(wàn)國(guó)公制”為標(biāo)準(zhǔn)體系，并臨時(shí)以“市場(chǎng)制”為過(guò)渡輔助體系，1公尺為3市尺，1公升為1市升，1 公斤為2市斤。城市體制的改革適應(yīng)了人們的生活習(xí)慣，與公制的轉(zhuǎn)換很簡(jiǎn)單，逐漸為公眾所接受。1949年以后，市政系統(tǒng)在全國(guó)范圍內(nèi)普及。

1984年，國(guó)務(wù)院發(fā)布命令，根據(jù)國(guó)際單位制和一些非國(guó)際單位，采用中華人民共和國(guó)法定單位（以下簡(jiǎn)稱(chēng)法定單位）。當(dāng)時(shí)，考慮到公眾的習(xí)慣，中藥方劑的計(jì)量仍保留在市場(chǎng)上；1979年1月1日，中藥方劑計(jì)量開(kāi)始采用公制。自1991年1月1日起，法定單位制成為我國(guó)唯一的法定計(jì)量單位。

到目前為止，世界上224個(gè)國(guó)家和地區(qū)，大多采用國(guó)際單位制，只有美國(guó)、緬甸和利比里亞仍堅(jiān)持采用英制，拒絕使用公制。后兩個(gè)國(guó)家可能是由于習(xí)慣問(wèn)題，而美國(guó)拒絕它作為科技、工業(yè)和教育的領(lǐng)導(dǎo)者。

不過(guò)，美國(guó)為此也付出了代價(jià)，除了大量單位轉(zhuǎn)換給教學(xué)和交流帶來(lái)不便外，也造成了巨大損失。1999年，美國(guó)宇航局的“火星氣候探測(cè)者”號(hào)，按照科學(xué)家的預(yù)測(cè)，它距離火星比科學(xué)家預(yù)測(cè)的近了60英里（96千米）左右。。這不是因?yàn)闀r(shí)空關(guān)系的問(wèn)題，而是火星氣候探測(cè)者”號(hào)研制過(guò)程中兩個(gè)測(cè)量單位之間的矛盾。美國(guó)宇航局的科學(xué)家在計(jì)算中使用公制單位（如米和厘米），但提供導(dǎo)航軟件的洛克希德馬丁公司的工程師卻使用了英制單位，如英尺、英寸等。因此，由于測(cè)量單位的失誤，耗資8000萬(wàn)英鎊、的火星氣候探測(cè)者”號(hào)最終還是“葬身”在了火星的表面。