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1米有多长,谁说了算?
发布日期:2021-10-12 16:01    点击次数:172

“米”是大家都要用到的长度单位。你有没有过这样的疑问:为什么1米是这么长,而不是长一点或者短一点?世界上的尺子这么多,有时不同尺子的一米长度或多或少会有一点差别,那么,最标准的、永恒不变的1米长度在哪里?

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用身体部位作尺子

米、升和千克以及不同层级的单位,如毫米、毫升等是全球通用的计量单位,被称为“米制”或“公制”。然而,在古代相当长的时间里,人们没有统一的计量标准,不同国家或地区之间,甚至不同村落之间就有不同的衡量标准,长度往往以身体部位作为参照,如肘长、步长、脚长、手指跨度等;有的地区用种子的数量衡量容量;谷物或石头曾作为重量的标准……今天,有些时候,人们仍然用步长或肘长来临时估计一下长度,在没有尺的时候非常方便,如估算房屋面积。

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美国日常使用的英尺的英文为“foot”,原意是“脚”,因为其起源于脚的长度。

对标准长度单位的渴求

这些衡量方式既杂乱又不精确,你的肘和我的肘不一样长,究竟用谁的呢?各种不公平会隐藏在杂乱的计量标准中。介于古代的交流范围比较小,农业社会对精确度的需求也不高,这些衡量方式大致可以应付日常生活所需,但随着社会大范围交流的需求越来越多,各种物资交换越来越频繁,加上科学技术的发展,人们对统一度量衡的需求越来越强烈。

那么,究竟用多长来作为通用的单位,而且大家都能获得标准的、永恒不变的长度呢?

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只有美国、利比里亚和缅甸官方未采用米制,而用英制(以英尺为标准)。不过国际上也有标准的换算公式,使多种单位之间自如换算。

米制在中国

在中国,“计量”曾被称为“度量衡”,度即长度,量即容量,衡即重量,秦始王一统中国后,曾强制全国使用统一的度量衡单位,虽然随着国家的分裂,度量衡再次混乱,但其中许多方法沿用了两千多年。明末清初,随着西方文化进入中国,米制计量标准也被带入。1930年,中国开始推行米制;从1991年开始,米制成为中国唯一合法的计量单位。

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“1米”的诞生

今天的米制起源于18世纪90年代的法国,由当时的法国科学院组织。研究团队决定以北极到赤道并经过巴黎的这段经线长度为准,确立其千万分之一的长度为标准长度——1米。

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1米的定义下好了,然而,这条经线长度该如何测量呢?在18世纪,测量这么长的距离并非易事。两位天文学家花了6年时间才得到一个确切的数值,再通过数学家的计算,1米从此诞生了。

“1米”原器在保险箱中

法国科学院用铂金打造了一根非常精确的1米长的金棒,并将之保存在一个保险箱中,这就是 “1米”的实体,被称为“米原器”,是制作1米标尺的标准参考物。许多国家也获得了米原器的复制品。

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容积单位“升”和重量单位“千克”的定义与米的定义在同时期得到确立,即千分之一立方米的容量为1升,1千克则被定义为1升4℃的水的重量。图为国际千克原器,由铂合金制造,但现已不再作为千克的标准。

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由于精确测量米原器从首端到尾端的距离非常困难,1889年,国际计量大会重新制作了一个铂合金米原器,其断面为X型。米重新定义为0℃时该合米原器的长度。

“1米”长度搞错了

让人尴尬的是,后来人们发现,当时的测量值是错误的,导致米的长度比正确值短了十分之二毫米。也许你会想,反正米的长度是人定义的,长点短点都无所谓,但6年的测量工作就是为了使米有准确的标准。不过,一切都晚了,此时1米长度的标准已经确定下来,人们只能将错就错,继续使用已得出的长度。

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测量北极到赤道经线长度的天文学家之一——皮埃尔·梅尚知道测量出错了,为了得到正确的数据,他直到去世前还在田野里测量。

“1米”在变化

1米标准终于制定下来,但故事还没结束。时间一长,问题来了,物质总会发生变化,即使是铂金制作的米原器,即使变化很小,随着时间的推移,1米的精确度也会越来越低,那么,永恒不变的标准就不存在了。很显然,人们需要新的1米标准。

“米”的人造物计量标准被放弃

人们再次尝试了多种方法,但总有不如意的地方。1个多世纪的努力之后,1960年,理想的方法终于被发明出来了,那就是光谱法:将氪原子能级间跃迁辐射在真空中的波长的165,0763.73倍定为标准单位米。也许你完全看不懂这句话的意思,没关系,总之,这表明,米的长度标准不再依赖于某个人造物件,而是按照恒定不变的某种自然现象来定义。

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氪是一种惰性气体,在充电时可发光,一米的定义就是以它发出的橙色谱线作为基准。图中是一个充满氪的放电管。

如今的“米”以光速来定义

之后每隔几年,国际计量大会都要重新讨论米的定义。其中有代表性的是,在1983年,1米被定义为光在真空中行进1/299792458秒的距离,因为光的速度是恒定不变的,这也是沿用至今的米的定义,但更细微的修正仍在继续。

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根据上面的描述,你能得出光的速度是多少米/秒吗?