◇陳黎春

質(zhì)量單位和長度單位、面積單位等一樣，都有著漫長的發(fā)展歷史，飽含傳統(tǒng)民族文化。古今中外，各個國家采用過許多名稱各異的質(zhì)量單位，例如英、美兩國的磅，英國的盎司，俄羅斯的普特，我國的鈞、斤、兩等。隨著歷史的發(fā)展，國家的統(tǒng)一，商品流通和社會公平的需要，質(zhì)量單位慢慢走向統(tǒng)一。

一 我國古代質(zhì)量單位的創(chuàng)立與發(fā)展

我國質(zhì)量單位的起源，最早可以追溯到約4000年前的夏朝。據(jù)說，大禹曾經(jīng)用自己的體重作為質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。而有記載可查的質(zhì)量單位，當(dāng)以彝器上的鋝（lüè）和鈞為最早，但一鋝是多少以及鋝和鈞的關(guān)系現(xiàn)在已無法知道。這兩個單位在戰(zhàn)國時期還在使用，秦漢間的文獻(xiàn)對于鋝的多少也沒有一致的說法。中國的鋝雖有輕、重兩種說法，通行的是重的一種，即三鋝重二十兩。這由毛公鼎銘文中的 “取專卅寽”（取三十鋝）可以證明。在戰(zhàn)國時期只有兩種質(zhì)量單位，即斤和鎰，一斤為十六兩，一鎰為二十兩（也有一說是二十四兩）。

再往后，人們用單位體積的黃金、水和黍的重作為質(zhì)量的單位，《漢書·食貨志》記載“黃金方寸，而重一斤”，《后漢書·禮儀志》記載“權(quán)水輕重，水一升，冬重十三兩”，《漢書·律歷志》記載“黃鐘律管，長九寸，孔徑三分，圍九分，一龠（yuè）容一千二百黍，重半兩”。以上記載中分別以黃金和水的密度、黍的容重給出長度和質(zhì)量兩個單位量 (容量是長度的導(dǎo)出量)，在規(guī)定條件下，黃金、水的密度和黍的容重是常量(或統(tǒng)計出它的平均值)，這三個量互為變量，其中一個量的單位量值發(fā)生變化，其他兩個也相應(yīng)變化。漢代利用金屬和水的密度確定度量衡單位量值的方法與1874年米制公約將長度、體積和質(zhì)量的量值相互關(guān)聯(lián)起來（即1克是1立方厘米的水在最大密度下的質(zhì)量）是十分相似的。

若論真正意義上的質(zhì)量單位，最早出現(xiàn)在2300多年前的戰(zhàn)國時期，后來經(jīng)過秦、漢、隋、唐、宋等不同朝代的變化，質(zhì)量單位慢慢得到了統(tǒng)一。其中主要包括：三十斤是一鈞，十圭是一銖，二十四銖是一兩，十六兩是一斤?！秾O子算經(jīng)》《夏侯陽算經(jīng)》《前漢·律歷志》等古書中均有相關(guān)記載，并且可以明確這一點：衡起源于黍的數(shù)量與質(zhì)量，計量標(biāo)準(zhǔn)是黃鐘。

具體來講，把一龠（龠即黃鐘）能裝下的一千二百粒黍的質(zhì)量，定為十二銖，即一百粒黍重一銖。兩龠為一兩，即二十四銖，象征二十四節(jié)氣。一斤十六兩，象征四個季節(jié)乘東西南北四個方向。一鈞三十斤，象征一月三十天。四鈞為一石，象征四個季節(jié)?！般彙薄皟伞薄敖铩薄扳x”“石” 五權(quán)就這么鄭重定下了，這也解釋了過去的市制質(zhì)量單位為什么不是十進(jìn)制的原因。在漢代，黃鐘律管的長度只有一個標(biāo)準(zhǔn)，這就是九寸(合今20.79厘米，一尺合23.1厘米)?！耙渣S鐘樂律為理論基礎(chǔ)、律管為實物根據(jù)，再加累黍參校驗證”的方法，形成了2000多年來確定度量衡單位標(biāo)準(zhǔn)之傳統(tǒng)正法。

但是從解放前流傳下來的常用質(zhì)量單位是斤、兩、錢、分、厘，沒有銖。這個變化源于唐宋，原因在于非十進(jìn)制計算比較麻煩。唐朝的銅錢“開元天寶”，每枚重二銖四累（古用絫），十枚重二十四銖為一兩，后來覺得計算不方便，就改為十錢為一兩 ，即用“錢”代替了“銖”，與“累”“黍”一樣，均為十進(jìn)制。到了宋代，又用“分”“厘”代替了“累”“黍”，“錢”以下的質(zhì)量單位借用長度的十進(jìn)位制單位分、厘、毫、絲、忽。而“斤”“兩”“錢”“分”“厘”等質(zhì)量單位一直沿用到如今。由十六兩一斤改為十兩為一斤是1959年6月25日國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于統(tǒng)一計量制度的命令》中確定的內(nèi)容之一，當(dāng)時統(tǒng)一了“十兩是一斤，二斤是一公斤，一公斤等于一千克”。這樣的統(tǒng)一，不但讓人們使用質(zhì)量單位更加方便，而且讓我國的質(zhì)量單位與世界標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量單位成功接軌了。

二 我國古代稱量工具的發(fā)明與發(fā)展

當(dāng)物品有所豐富，初步的計量單位確定之后，人們意識到還需要做出標(biāo)準(zhǔn)器物將其固化，以使單位基準(zhǔn)能夠長期保存并便于傳遞。自夏商周三代到秦漢，稱量工具大致經(jīng)歷了從直觀感知、假借器物測量到創(chuàng)造出專用器物的成長歷程。

最早，人們只憑借感覺確定物體的質(zhì)量，如以“手捧為升”量糧食。直到春秋戰(zhàn)國時期，仍是用升、斗、合等容量單位來測量糧食的質(zhì)量，此后再逐步過渡到石、鈞、斤、兩等。

我國古代人民是最早使用天平來測量物體質(zhì)量的。（如圖1）天平的本質(zhì)是等臂杠桿（古稱衡），支點在中間，兩端分別掛待測物體與砝碼（古稱權(quán)）。杠桿水平靜止時，物重和權(quán)重相等，從砝碼質(zhì)量可知物體質(zhì)量。天平測量質(zhì)量很準(zhǔn)確，但要求配備成套的砝碼，攜帶很不方便，并且量程受到限制。西漢后，權(quán)衡器逐步轉(zhuǎn)化為不等臂的桿秤、秤砣。桿秤量程廣，使用和攜帶都很方便，制作也簡單，受到人們的歡迎，一直流傳至今。人們對質(zhì)量這一概念的認(rèn)識比長度和時間更晚，直到18世紀(jì)，才由牛頓最后確立了質(zhì)量的概念。（如圖 2）

圖1 古代的天平

圖2 人類的活動與天平的發(fā)明

秦孝公十八年(公元前344年)，商鞅監(jiān)制頒發(fā)了銅方升，采用“以度審容”的方法，即以尺寸定容積。銅方升刻銘以十六又五分之一立方寸的體積為一升的容量。商鞅方升是現(xiàn)存最早的度量衡標(biāo)準(zhǔn)器（如圖3）。隨著人們度量的不斷精細(xì)化，對稱量工具的要求也越來越高，成書于戰(zhàn)國時期的手工技術(shù)總匯——《考工記》一書，詳細(xì)記載了釜、斗（古用豆）、升這三量合一的復(fù)合標(biāo)準(zhǔn)器——栗氏量的制造工藝、形制規(guī)格等技術(shù)資料。西漢末年，天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家劉歆參照《考工記》中“栗氏量”制成了一件劃時代的復(fù)合標(biāo)準(zhǔn)量器——“新莽銅嘉量”。“新莽銅嘉量”五量合一，由一個器物表現(xiàn)出龠、合、升、斗、斛這五種量器的大小，同時還能表現(xiàn)出長度單位和質(zhì)量單位的大小，按照其設(shè)計，還應(yīng)該在敲擊時，能表現(xiàn)出音律黃鐘調(diào)來。新莽銅嘉量制成后，成為歷代制作度量衡標(biāo)準(zhǔn)器所必須參照的模板，清代乾隆時期制作度量衡標(biāo)準(zhǔn)器——乾隆嘉量，就是以新莽銅嘉量為參照對象的。相比之下，歐洲直到17世紀(jì)，才由開普勒制作出開普勒量器。

圖3 戰(zhàn)國 秦 商鞅銅方升容積202.15立方厘米

三 國際質(zhì)量單位的演進(jìn)歷史

目前，質(zhì)量單位千克是國際單位制中最常見的七個基本單位之一，也是唯一一個采用實物復(fù)現(xiàn)的方式來表示其屬性的單位。國際上對質(zhì)量單位千克的規(guī)定大致經(jīng)歷了以下三個歷程：理論定義、檔案局千克、千克原器。

最初質(zhì)量單位千克是由長度單位米導(dǎo)出的，即在4°C、1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下1立方分米的純水的質(zhì)量為1千克。1799年根據(jù)這個理論定義用鉑作了一個圓柱體砝碼作為質(zhì)量單位基準(zhǔn)保存在法國檔案局，稱為檔案局千克。但實際操作中根據(jù)理論定義復(fù)現(xiàn)千克有許多困難，確定1立方分米的純水過程中存在許多不確定因素。為此決定放棄質(zhì)量單位的理論定義采用檔案局千克作為質(zhì)量單位基準(zhǔn)使用。

米制公約組織成立后，建立的國際計量局用鉑銥合金仿照檔案局千克制成一批千克原器。這些千克原器是由90%的鉑和10%的銥組成的鉑銥合金制成的，各自純度為99.99%，而且它們是在真空中冶煉成后又經(jīng)精心鍛造，故它們的基體密度很大，合金內(nèi)部物質(zhì)變化和氣體釋放所引起的質(zhì)量變化很微小，可以忽略不計。由于這種合金中有一定數(shù)量的銥，其硬度大大提高而且耐磨。為減少由于磨損或其他物質(zhì)吸附而引起的質(zhì)量變化，在制造千克原器時，要盡可能地減少其表面積，以保證其測量結(jié)果的精確度?？紤]到使用球體作為原器形狀，在加工、校準(zhǔn)以及使用過程中的諸多不便，設(shè)計者便選擇正圓柱體作為其基本形狀，并在設(shè)計過程中將其高度和直徑都設(shè)置為39mm，將其棱邊略微修圓。在第一屆國際計量大會上選了最接近檔案局千克的一個千克原器作為質(zhì)量的國際單位——千克，即國際千克原器，余下的大部分分發(fā)給有關(guān)國家作為該國的千克原器。我國于1965年從英國引進(jìn)了國際計量局編號為60號的千克原器，1986年經(jīng)原國家計量局批準(zhǔn)，把60號千克原器作為國家質(zhì)量基準(zhǔn)。

1984年，我國在國際質(zhì)量單位的基礎(chǔ)上發(fā)布了t(噸)和u（原子質(zhì)量單位），這兩個單位是由16個國家選定的非國際單位制單位。根據(jù)國際協(xié)議，規(guī)定C12原子質(zhì)量的為一個原子質(zhì)量單位。利用質(zhì)譜儀測定其他原子的質(zhì)量，可以達(dá)到相當(dāng)高的精確度。我們之所以增加這個標(biāo)準(zhǔn)，是因為按目前測量技術(shù)，將各種原子質(zhì)量相互比較時的精確度，遠(yuǎn)高于將原子質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)千克比較所達(dá)到的精確度。這兩個質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)單位之間的關(guān)系近似地為1原子質(zhì)量單位=1.661×10-27千克。

目前，在七個最常見國際基本單位中，除質(zhì)量單位外，其他基本量均已建立起統(tǒng)一的自然基準(zhǔn)，并隨著其發(fā)展做出適當(dāng)調(diào)整。而對于質(zhì)量單位，其定義仍局限在國際千克原器上，使得各國無法單獨復(fù)現(xiàn)千克，同時國際千克原器的量值也難以達(dá)到固定不變。從這一角度來看，說質(zhì)量單位還未成熟，有待繼續(xù)成長一點也不為過。然而讓人樂見的是，人們一直在尋求用某種自然規(guī)律或物質(zhì)特性，像米原器一樣，試圖在精確測量的基礎(chǔ)上對質(zhì)量單位進(jìn)行精準(zhǔn)的定義，以期建立自然基準(zhǔn)，相信這一天必將會到來。

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