計(jì)量基準(zhǔn)經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段

山西省能源產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 劉全蘭

計(jì)量基準(zhǔn)經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段

山西省能源產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 劉全蘭

計(jì)量是實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準(zhǔn)確可靠的活動。計(jì)量基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)是用以保證測量結(jié)果統(tǒng)一和準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、標(biāo)準(zhǔn)方法和標(biāo)準(zhǔn)條件，從計(jì)量的發(fā)展歷史看，計(jì)量基準(zhǔn)經(jīng)歷了4個(gè)發(fā)展階段。

第1個(gè)階段是以自然物為計(jì)量基準(zhǔn)

最初始的自然物是人體的器官，即用人自身的手足和手足的動作作為度量的標(biāo)準(zhǔn)?！犊鬃蛹艺Z》說：“夫布指知寸，布手知尺，舒肘知尋(八尺)，斯不遠(yuǎn)之則也?！币馑季褪钦f中指中節(jié)上一橫紋叫作一寸，拇指同中指一叉相距叫作一尺，兩臂伸長得八尺，叫作一尋。

在我國有歷史記載并比較有名的是大禹“以身為度”的故事。相傳，大禹在治理黃河水患時(shí)，在疏通水道，引水入海的過程中需要對山川水勢進(jìn)行測量。規(guī)矩準(zhǔn)繩就是當(dāng)時(shí)最常用的測量工具。那么如何保證治水工程中規(guī)矩準(zhǔn)繩計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一呢？《史記》記載：（禹）“身為度，稱以出”。意思是大禹用自己的身體和體重定出長度和重量的標(biāo)準(zhǔn)，把他復(fù)制到木棍、矩尺和準(zhǔn)繩上，測量長度、重量時(shí)就可以直接讀數(shù)和計(jì)算了，治水工程即使在不同地區(qū)也可以復(fù)現(xiàn)和傳遞這個(gè)量了。

其實(shí)，在很多國家、很多地區(qū)，都有“以身為度”的歷史記載。如英國在12世紀(jì)初仍以英王亨利一世（1100-1135年）鼻尖至指尖的距離定為一碼，以自己的腳長來確定“英尺”的長度，“英寸”的標(biāo)準(zhǔn)則是英國國王埃德加（959-975年）的拇指關(guān)節(jié)長度。

第2個(gè)階段是以人為物為計(jì)量基準(zhǔn)

隨著社會的發(fā)展，科技的進(jìn)步，以人體等自然物為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)就難以滿足經(jīng)濟(jì)社會生活的需要了，于是就開始人為制造一些計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)物。

我國計(jì)量史上以人為物為標(biāo)準(zhǔn)器的經(jīng)典作品是“新莽嘉量”。

在我國歷史中東漢與西漢之間有一個(gè)短命王朝“新”，它是東漢權(quán)臣王莽創(chuàng)立的，王莽在篡奪東漢政權(quán)時(shí)，為了滿足其托古改制的政治需要，征集當(dāng)時(shí)學(xué)識淵博通曉天文樂律的一百多名學(xué)者，在著名律歷學(xué)家劉歆的主持下，完成了中國歷史中規(guī)模最大的一次度量衡制度改革。并監(jiān)制了一批度量衡標(biāo)準(zhǔn)器，其中最著名的就是新莽嘉量。目前，還保存在臺北故宮博物院。

新莽嘉量是一個(gè)五量合一的標(biāo)準(zhǔn)量器，其主體是斛量，另外還有斗、升、龠、合諸量。在嘉量的5個(gè)單位量器上，每一個(gè)都刻有銘文，詳細(xì)記載了該量的形制、規(guī)格、容積以及與其他量之間的換算關(guān)系。

第3個(gè)階段是以經(jīng)典物理學(xué)為基礎(chǔ)建立的宏觀實(shí)物為計(jì)量基準(zhǔn)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會生產(chǎn)力的發(fā)展，計(jì)量基準(zhǔn)已開始擺脫利用人體、自然物體等的原始狀態(tài)，進(jìn)入了以科學(xué)為基礎(chǔ)的發(fā)展階段。

1685年，英國物理學(xué)家牛頓完成了萬有引力定律和機(jī)械運(yùn)動三定律的論證和描述，建立起完整的經(jīng)典力學(xué)體系。經(jīng)典物理學(xué)為近代計(jì)量學(xué)的創(chuàng)建和測量技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)上，人們開始探索建立計(jì)量新的基標(biāo)準(zhǔn)。1795年4月7日，法國國民議會頒布新的度量衡制度：米的長度以自北極到赤道段經(jīng)過巴黎的子午線的一千萬分之一為標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量單位以1立方分米溫度為攝氏4度的純水在真空中的質(zhì)量。并由此鑄出了米和千克原器。此外，如時(shí)間：秒，電流：安[培]，熱力學(xué)：溫度開[爾文]，物質(zhì)量：摩[爾]，發(fā)光強(qiáng)度：坎[德拉] 等計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)也在經(jīng)典物理學(xué)理論指導(dǎo)下得到了建立和廣泛應(yīng)用。

19世紀(jì)下半葉到20世紀(jì)上半葉，各國根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)的原理，用某種特別穩(wěn)定的實(shí)物建立起了實(shí)物計(jì)量基準(zhǔn)，使基本單位的量值由實(shí)物計(jì)量基準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)和保存。

第4個(gè)階段是以量子物理學(xué)為基礎(chǔ)建立的微觀量子基準(zhǔn)

為了解決實(shí)物基準(zhǔn)不易保存且準(zhǔn)確度存在一定局限的問題，20世紀(jì)下半葉以來，計(jì)量科學(xué)研究者與物理學(xué)研究者緊密合作，使計(jì)量單位的定義逐步拋棄實(shí)物基準(zhǔn)，更新在以量子物理學(xué)為基礎(chǔ)的基本物理常數(shù)上。從目前的物理學(xué)知識來看，這些基本物理常數(shù)不隨時(shí)間和地點(diǎn)的變化而變化，原子的量子特性都可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)用原理相同的裝置重復(fù)產(chǎn)生，從而完全解決了實(shí)物基準(zhǔn)存在的問題。

目前，現(xiàn)行國際單位制(SI)的7個(gè)計(jì)量基本單位中除了千克(kg)還是以實(shí)物作為基準(zhǔn)外，其他6個(gè)：米(m)、秒(s)、安培(A)、開爾文(K)、坎德拉(cd)和摩爾(mol)都已經(jīng)利用以量子物理學(xué)為基礎(chǔ)的基本物理常量和原子的物理特性作了更新。例如1983年10月第17屆國際計(jì)量大會通過了米的新定義：“米是光在真空中1／299792458秒的時(shí)間間隔內(nèi)所經(jīng)路程的長度”。