文/蘇更林

在人類的發(fā)展歷史上，關(guān)于長(zhǎng)度的計(jì)量由來已久。然而，每個(gè)國(guó)家都有自己的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。即便在同個(gè)國(guó)家，不同的地區(qū)和不同的歷史時(shí)期，長(zhǎng)度單位的名稱和量值也是不一樣的。長(zhǎng)度計(jì)量單位的雜亂無章，無疑為商品和文化交流帶來了諸多麻煩。

“米”的誕生就是為解決長(zhǎng)度計(jì)量混亂問題而進(jìn)行的一個(gè)科學(xué)嘗試。1790年，法國(guó)國(guó)民議會(huì)通過決議，責(zé)成法國(guó)科學(xué)院研究如何建立長(zhǎng)度和質(zhì)量等基本物理量基準(zhǔn)的問題，為統(tǒng)一計(jì)量單位打好基礎(chǔ)。1791年，米的定義誕生了，即把經(jīng)過巴黎的地球子午線，也就是經(jīng)線長(zhǎng)度的4000萬分之一定義為1米。為什么要選取地球子午線作為米定義的參照系呢？因?yàn)楫?dāng)時(shí)認(rèn)為地球子午線長(zhǎng)度是固定不變的。關(guān)于米的名稱，則是選取古希臘文metron（度量）一詞，后來則演 變 為 metre（meter）。從1792年開始，法國(guó)天文學(xué)家利用7年時(shí)間完成了通過巴黎的地球子午線長(zhǎng)度的測(cè)量工作。1799年，法國(guó)科學(xué)院根據(jù)測(cè)量結(jié)果制作了1米的長(zhǎng)度基準(zhǔn)——米原器。米原器用鉑制成，后被保存在巴黎檔案局，因此又被稱為“檔案米”。

1875年5月20日，20個(gè)國(guó)家正式簽署《米制公約》，確定米制為國(guó)際通用的計(jì)量單位，并決定成立國(guó)際計(jì)量委員會(huì)和國(guó)際計(jì)量局。？1889年，在第一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上，批準(zhǔn)了“米”的定義，即1米的長(zhǎng)度等于國(guó)際米原器在冰熔點(diǎn)溫度時(shí)兩刻劃線間的距離。國(guó)際米原器是國(guó)際計(jì)量局用含鉑90%、銥10%的合金制成，橫截面呈X形。鉑銥合金的特點(diǎn)是膨脹系數(shù)極小，并且這樣的形狀最堅(jiān)固又最省料。國(guó)際計(jì)量委員會(huì)從幾個(gè)米原器中選出一個(gè)作為國(guó)際米原器，并把其他分發(fā)給《米制公約》成員國(guó)作為國(guó)家基準(zhǔn)。

然而，國(guó)際米原器的精確度只有0.1微米，并且難以復(fù)現(xiàn)，容易損壞，隨時(shí)間會(huì)有緩慢的變化。所以，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹碓较Ｍ验L(zhǎng)度的基準(zhǔn)建立在更科學(xué)、更方便和更可靠的基礎(chǔ)之上。這樣一來，用自然米取代實(shí)物米就成為了一個(gè)必然趨勢(shì)。19世紀(jì)末，科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)鎘的紅色譜線具有非常好的清晰度和復(fù)現(xiàn)性。1927年，國(guó)際上決定用這條譜線作為光譜學(xué)的長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)，這是科學(xué)家找到的第一個(gè)可用來定義米的非實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)。

人們后來又發(fā)現(xiàn)，氪-86的橙色譜線比鎘紅線還要優(yōu)越。1960年，在第11屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上，決定用氪-86橙線代替鎘紅線，由此把1米長(zhǎng)度定為氪-86原子在兩個(gè)特定能級(jí)之間躍遷的輻射在真空中波長(zhǎng)的1650763.73倍。但是，由于原子光譜的波長(zhǎng)太短，又容易受到電流、溫度等因素的影響，因此精度仍受限制。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，用激光代替氪譜線可進(jìn)一步提高長(zhǎng)度測(cè)量的精度。

1983年10月，第17屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過了米的新定義：1米是光在真空中1／299792458秒的時(shí)間間隔內(nèi)的行程長(zhǎng)度。此次關(guān)于米的定義是長(zhǎng)度計(jì)量科學(xué)史上的一次革命，具有非常重要的科學(xué)意義。把光速作為一個(gè)精確的常數(shù)，可以把長(zhǎng)度單位統(tǒng)一到時(shí)間計(jì)量上，這樣就可以利用時(shí)間計(jì)量的高精度來提高長(zhǎng)度計(jì)量的精度了。