米的足跡

張勤昌

今天，我們用一根尺子很容易量出一個人的身高，可以精確到毫米級。這在古代是辦不到的，在遠(yuǎn)古時代，人們是用手或腳作為尺來量度的。用手或腳作為標(biāo)準(zhǔn)來量度是不準(zhǔn)確的，每個人的手或腳的長度并不完全一樣，這樣量度很容易引發(fā)爭論。隨著人類社會的發(fā)展，不同地區(qū)之間的交往逐漸頻繁，由于量度“標(biāo)準(zhǔn)”的不標(biāo)準(zhǔn)而引起的爭論也逐漸增多，不同地區(qū)的人們不得不重新制定新的標(biāo)準(zhǔn)，于是各個國家相繼制定了自己的標(biāo)準(zhǔn)尺。

伴隨著交通的發(fā)展，國際間的貿(mào)易、文化、技術(shù)交流也隨著發(fā)展起來，如果你用你的“尺”，我用我的“尺”，勢必要相互折算，而不同國家的長度進(jìn)位中又有不同的習(xí)慣，有的采用十進(jìn)位，有的采用十二進(jìn)位，這樣算來算去很麻煩。這時人們就會想，如果各個國家都用同一標(biāo)準(zhǔn)尺該多好呀。于是人們就開始在不同國家的標(biāo)準(zhǔn)尺中開始挑選，最終選中了法國的標(biāo)準(zhǔn)尺——米。為什么要選擇法國的標(biāo)準(zhǔn)尺呢？這是因為它采用的是十進(jìn)位制，計算方便。其次它的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)地球某一部分的圓弧長度來計算，很科學(xué)、很嚴(yán)密。

法國的標(biāo)準(zhǔn)尺是怎么來的呢？1790年，法國科學(xué)家鮑爾德、康道爾賽、拉普拉斯和孟奇等人組成特別委員會，建議以通過巴黎的地球子午線全長的四千萬分之一作為長度單位。為了制造出表征米的量值的基準(zhǔn)器，在法國天文學(xué)家捷梁布爾和密伸的領(lǐng)導(dǎo)下，于1792年到1799年，對法國敦克爾克至西班牙塞羅那之間的子午線長度作了測量。最后制造出長度單位“米”的基準(zhǔn)器，并交給法國檔案局保管，稱為存檔米原器。法國決定以存檔米原器作為長度的法定單位。

1872年，26個國家隊代表在法國擬定米公約，1875年法、德、英、俄等17個國家的代表在巴黎正式簽署該公約，公認(rèn)米制為國際通用的計量制度，并在巴黎近郊色弗萊成立國際計量局。

存檔米原器并不是現(xiàn)在所講的國際米原器。國際米原器是指在1889年第一屆國際計量大會上通過的，根據(jù)存檔米原器的長度，由瑞士SIP工廠制造的，經(jīng)國際計量局鑒定的第6號米原器。當(dāng)時一共制造了31根米原器，和存檔米原器一一比較后，發(fā)現(xiàn)第6號在0℃時的長度最接近存檔米原器的長度，于是被選作國際米原器，作為世界上最有權(quán)威的長度基準(zhǔn)器保存在國際計量局。

國際米原器截面形狀為X型，由鉑（90%）、銥（10%）合金制成。規(guī)定在周圍空氣溫度為0℃時，兩端中間刻線的距離為1米。

隨著科技的進(jìn)步，對測量精度的要求越來越高，國際米原器的測量精度已不能滿足計量學(xué)和其他精密測量的需要，人們又開始尋找新的測量標(biāo)準(zhǔn)。20世紀(jì)50年代，隨著同位素光譜光源技術(shù)的發(fā)展，人們找到了以光波波長作為長度單位的自然標(biāo)準(zhǔn)。1960年第11屆國際計量大會對米的定義更改為：不存在引起波長改變的干擾因素（如多普勒效應(yīng)、壓力效應(yīng)）時，米的長度等于氪-86原子的能級之間躍遷的輻射（發(fā)出桔紅色光）在真空中波長的16 50763.73倍。

米的定義更改后，國際米原器仍按規(guī)定保存在國際計量局。由于激光技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)飽和吸收穩(wěn)定的激光具有很高的頻率穩(wěn)定度和復(fù)現(xiàn)性，同氪–86的波長相比，它們的波長更易復(fù)現(xiàn)，精度也能進(jìn)一步提高。因此在1973年和1979年兩次米定義咨詢委員會會議上，又先后推薦了4種穩(wěn)定激光的波長值，同氪–86的波長并列使用，具有同等的準(zhǔn)確度。

1973年以來，人們精密測量了從紅外波段至可見光波段的各種譜線的頻率值，得到了非常精確的光在真空中的光速值，c=299792458m/s。于是人們又決定把這個光速值取為定義值。1983年10月，第17屆國際計量大會正式通過米的新定義：“米是1/299792458秒的時間間隔內(nèi)，光在真空中行程的長度?！泵椎亩x的修改使長度標(biāo)準(zhǔn)更精確和穩(wěn)定。

由米的發(fā)展史可以看出，一個物理量單位的制訂，不是一件簡單的事情，中間會幾經(jīng)修改。隨著物理學(xué)的發(fā)展，量度必定還會有爭論和修改，但是越修改會越自然，越接近事物的真相。