长度单位米的前生今世与未来(1)
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人类对长度和距离的测量,有很长的历史,其间的变化可谓异彩纷呈。
从乱进级到十进制
从世界范围来看,度量衡的统一是人类交通和经济发展的必然结果。人们要进行贸易和商品买卖,政府为了征税,就需要把度量统一。我国是世界上较早实行度量衡统一的国家,从公元前359年秦国商鞅变法开始,就颁布了统一度量衡的法令。后来,秦国统一了全国,实行“车同轨,书同文”和全国统一度量单位的政策。
当时规定的基本长度单位是尺,大致上就是普通人从手腕到胳膊肘的长度。至今,人们还把小臂外侧的这段骨头称为尺骨。在秦朝时,标准尺的长度大约相当于今天的23厘米。话虽这么说,在实际生活中,长度的量度还是很混乱的。用于表征长度的其他单位就有如下一些:
拃,读zhǎ,指张开大拇指和中指(或小指)的长度。例如说一拃长。
庹,读tuǒ,成人两臂左右伸直的长度。例如说两庹长。
还有:五尺曰墨,六尺曰步,七尺曰仞,八尺曰寻,十尺曰丈,一百五十丈曰里,等等。
随着社会的进步,人们活动和交往的扩大,需要在更大范围统一度量衡的标准。一种理想的单位制必须具有两个条件:一是基本单位要准确客观,二是进级比较科学。
我国统一的长度计量标准虽然很早便确立,但还不科学,除了基本单位尺之外,还有拃、庹等非标准的基本单位流行;另外,进级很不科学,有墨、步、仞、寻、丈、里等不规则的进级。在国外,已经流行了很长时间的英制长度也不方便,其基本单位除英尺外还有码,进位又是十二进制,与数字的十进制不统一,使用起来很不方便。
确立比较科学的单位制,后来便历史性地落在了法国肩上。这是因为在18世纪末,当时的法国具有产生新的度量标准的客观条件:
一是,当时法国的度量标准非常乱,每一个地方都有自己的长度单位。即使在同一个地方,不同的行业也有不同的单位。人们早就渴望改革,希望制定统一的长度标准;但在法国大革命之前,政府的权威不够或者政府并没有把这个问题提高到足够重视的程度。
二是,1789年法国大革命之后,新政府对度量单位的改革比较重视,并立即着手改革。
三是,18世纪末,法国涌现了一批世界著名的科学家,新政府把这项改革委托给这些科学家,从而使得新的单位制能够牢固地建立在新发展的科学的基础上。
1790年5月8日,法国国民议会宣布进行度量衡改革,并委托法国科学院来确定如何规定单位。法国科学院成立了一个委员会来处理这个问题。该委员会的成员有数学家与力学家拉格朗日、力学家与天文学家拉普拉斯、化学家拉瓦锡、测量仪器设计家德波达、科学院秘书德孔多塞等,拉格朗日担任委员会主席。
委员会做的第一件事就是由拉格朗日提出充分根据,建议采用十进制作为标准单位。委员会于1790年10月27日决定,把度量衡单位都定为十进制。这样一来,就使度量单位的进制与长期形成的数字的十进制相一致,进而为计算带来了极大方便。
从海里到米
委员会做的第二件事是讨论长度与质量单位。他们决定,采用从赤道到北极的一千万分之一为米,米的百分之一为厘米,以1立方分米的纯水为质量的基本单位。法国国民议会于1791年3月30日通过了这个提案。这些基本单位的制定原则一定是以自然界客观存在的量为基准。之后,法国科学院的很多专家都投入到测量与确定标准量的工作之中。法国国民议会大厦
之所以采用从赤道到北极的一千万分之一为米,是基于这样的思考:15~16世纪,世界航海事业快速发展,一种和航海关系很密切的长度单位非常普及,这就是海里。1海里大约是地球上的大圆角度一分所对应的长度。这对于航海非常方便,只要测量星空与原来的位置差多少度多少分,便可以直接得到走了多少距离。新的长度单位也要充分满足航海的要求,于是便把大圆的1/4,即赤道到北极的长度的一千万分之一作为1米。当时,委员会原本计划把直角的度数从90°改变为100°,可惜后者未能实现。如果该计划最终实现的话,沿大圆航行1°恰好是100千米,岂不很方便了。
接下来,就要测量地球子午线的长度了。天文学家约瑟夫·德朗布尔和安德烈·梅尚毅然接受了这一重任。他们约定,从巴黎出发,背向而行,共同完成从敦刻尔克到巴黎、再到巴塞罗那这一段地球子午线的测量工作。博学多才的德朗布尔从巴黎向北走,细致认真的梅尚从巴黎往南走,一旦两人到达各自目的地——敦刻尔克和巴塞罗那,就开始测量彼此间的距离;最后根据测量数据进行计算,以便得出1米的长度是多少。不过,当时的法兰西正处在资产阶级革命的狂热中,社会十分混乱,两位科学家常常要冒着被追捕的危险。在巴黎郊外,德朗布尔多次躲开狂热人群的追捕,有几次差点被送上断头台。在法兰西与西班牙的激烈交战中,梅尚曾被当作法国密探遭到拘禁。
经过7年的跋涉,德朗布尔和梅尚终于在法国南部要塞卡尔卡松会合。他们带着勘测资料返回巴黎时,拿破仑·波拿巴已成为法兰西新的统治者,法国政局也恢复稳定。巴黎群众像迎接英雄一样欢迎他们。崇尚科学的拿破仑也给予二人极高评价:“胜利如过眼烟云,但是这项成就会永存于世。”
设在巴黎的国际科学委员会还用纯铂制成一根1米长的金属棒,来纪念两位科学家的探险活动。
1812年,法国颁布施行“米制”,并于1837年起在全国强制推行,使米制率先在法国扎根。
1875年,国际度量衡委员会在巴黎开会,法、德、美、俄等17国政府代表共同签署了《米制公约》,同意成立国际度量衡局,并公认米制是在法国大革命中诞生的一项最伟大的科学事业,确定“米”为标准国际长度单位,并一直沿用至今。 (武际可)