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，在遠古時代，人們是用手或腳作為尺來量度的。用手或腳作為標準來量度是不準確的，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爭論。隨著人類社會的發展，不同地區之間的交往逐漸頻繁，由于量度“標準”的不標準而引起的爭論也逐漸增多，不同地區的人們不得不重新制定新的標準，于是各個國家相繼制定了自己的標準尺。

伴隨著交通的發展，國際間的貿易、文化、技術交流也隨著發展起來，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位中又有不同的習慣，有的采用十進位，有的采用十二進位，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準尺該多好呀。于是人們就開始在不同國家的標準尺中開始挑選，最終選中了法國的標準尺——米。為什么要選擇法國的標準尺呢？這是因為它采用的是十進位制，計算方便。其次它的標準是根據地球某一部分的圓弧長度來計算，很科學、很嚴密。

法國的標準尺是怎么來的呢？1790年，法國科學家鮑爾德、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器，在法國天文學家捷梁布爾和密伸的領導下，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，根據存檔米原器的長度，由瑞士SIP工廠制造的，經國際計量局鑒定的第6號米原器。當時一共制造了31根米原器，和存檔米原器一一比較后，發現第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，作為世界上最有權威的長度基準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和其他精密測量的需要，人們又開始尋找新的測量標準。20世紀50年代，隨著同位素光譜光源技術的發展，人們找到了以光波波長作為長度單位的自然標準。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、壓力效應）時，米的長度等于氪-86原子的能級之間躍遷的輻射（發出桔紅色光）在真空中波長的16 50763.73倍。

米的定義更改后，國際米原器仍按規定保存在國際計量局。由于激光技術的發展，人們發現飽和吸收穩定的激光具有很高的頻率穩定度和復現性，同氪–86的波長相比，它們的波長更易復現，精度也能進一步提高。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種穩定激光的波長值，同氪–86的波長并列使用，具有同等的準確度。

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，光在真空中行程的長度?！泵椎亩x的修改使長度標準更精確和穩定。

由米的發展史可以看出，一個物理量單位的制訂，不是一件簡單的事情，中間會幾經修改。隨著物理學的發展，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。