“米”是如何誕生的？

文/蘇更林

在人類的發(fā)展歷史上，關(guān)于長度的計量由來已久。然而，每個國家都有自己的計量標(biāo)準(zhǔn)。即便在同個國家，不同的地區(qū)和不同的歷史時期，長度單位的名稱和量值也是不一樣的。長度計量單位的雜亂無章，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度計量混亂問題而進行的一個科學(xué)嘗試。1790年，法國國民議會通過決議，責(zé)成法國科學(xué)院研究如何建立長度和質(zhì)量等基本物理量基準(zhǔn)的問題，為統(tǒng)一計量單位打好基礎(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？因為當(dāng)時認為地球子午線長度是固定不變的。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，法國天文學(xué)家利用7年時間完成了通過巴黎的地球子午線長度的測量工作。1799年，法國科學(xué)院根據(jù)測量結(jié)果制作了1米的長度基準(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個國家正式簽署《米制公約》，確定米制為國際通用的計量單位，并決定成立國際計量委員會和國際計量局。？1889年，在第一屆國際計量大會上，批準(zhǔn)了“米”的定義，即1米的長度等于國際米原器在冰熔點溫度時兩刻劃線間的距離。國際米原器是國際計量局用含鉑90%、銥10%的合金制成，橫截面呈X形。鉑銥合金的特點是膨脹系數(shù)極小，并且這樣的形狀最堅固又最省料。國際計量委員會從幾個米原器中選出一個作為國際米原器，并把其他分發(fā)給《米制公約》成員國作為國家基準(zhǔn)。

然而，國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，隨時間會有緩慢的變化。所以，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們越來越希望把長度的基準(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，用自然米取代實物米就成為了一個必然趨勢。19世紀(jì)末，科學(xué)家在實驗中發(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，國際上決定用這條譜線作為光譜學(xué)的長度標(biāo)準(zhǔn)，這是科學(xué)家找到的第一個可用來定義米的非實物標(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屆國際計量大會上，決定用氪-86橙線代替鎘紅線，由此把1米長度定為氪-86原子在兩個特定能級之間躍遷的輻射在真空中波長的1650763.73倍。但是，由于原子光譜的波長太短，又容易受到電流、溫度等因素的影響，因此精度仍受限制?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，用激光代替氪譜線可進一步提高長度測量的精度。

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