“米制”单位源于何处

  刘雷李凯旋 ·  2010-12-07 19:59  ·  35436 次点击
“米制”单位源于何处
在现代社会生活中,几乎很少有人不知道长度单位“米”。但“米制”单位源于何处,它与测绘有何关系?却鲜为人知。
原来早在1792年,法国国民议会决定建立新的长度单位要与地球椭球子午线弧长发生联系。为此,从1792~1797年进行了弧度测量,计算了1800年德兰勃尔椭球,取其子午圈长度的四千分之一作为长度单位,称为1米。1872年在巴黎召开的世界长度会议上决定,制造31支“米原型尺”,每支尺都编了号。除了N0.6号为国际原尺外,其它的都以国际原型尺为标准,精密检定,求出长度,分发各国保存,作为长度单位的标准。我国因未加入国际度量衡协会,没有获得米原型尺。这种实物“米”定义为“1米是N0.6‘米原型尺’在冰溶点温度时两刻划线间的距离。”其缺点是:难以复现,容易损坏;随时间有缓慢变化;精度不够高,仅1~2×10-6;少数国家有,满足不了大多数国家长度传递的要求。因此,实物米需用自然米来代替。
1960年第11届国际计量大会通过了光波米的定义,第二次“米”定义为“氪-86原子的2P10和5d5能级之间跃迁辐射在真空中波长的1650763.73倍为1米。”氪-86谱线轮廓稍微有些不对称,光波米在实验室复现精度为4×10-9。
1983年第17届国际计量会议上通过了第三次光速米的定义,“1米是光在真空中299792458分之一秒时间内所传播的距离。”
用子午圈弧长来制定长度单位,在中国早已采用。清康熙四十三年(1702年),规定子午圈l°弧长为200里,l里分1800尺,即1尺等于0.O1〃子午圈弧长。
1984年我国国务院颁布的《中华人民共和国法定计量单位》规定,从1990年以后,长度单位一律采用国际单位制的单位名称米,取消日常生活中长期沿用的市制计量单位市尺。
米是世界上用得最广泛的长度单位。在国际单位制中,1米等于100公分,等于1公里的千分之一,合3市尺或者6英尺8英寸。但是,大家可能不知道,长度单位米的出现与法国大革命、与地球周长的关系密切,现在我们就来了解一下藏匿其中的趣闻。
我们先从法国资产阶级大革命开始说起,1791年,具有革命思想的著名科学家拉格朗日,当选为法国度量衡委员会主席。在他全力推动下,一项影响了全世界的长度单位——米浮出水面。法国相关当局规定:把经过巴黎的地球子午线,也就是经线长的四千万分之一定义为1米。通俗地说,l米是从地球北极到赤道距离的一千万分之一,现在全球通用的国际长度单位米,则由此规定而来。
剩下的问题是如何测量地球子午线的长度了。尽管大家知道这是一项艰苦卓绝的长途跋涉,而且还来不得半点马虎,需要细心地勘测。天文学家约瑟夫·德朗布尔和安德烈·梅尚坚决地接受了这一艰巨任务。他们约定从巴黎出发,背向而行,共同完成从敦刻尔克到巴黎,再到巴塞罗那这一段地球子午线的测量工作。博学多才的德朗布尔从巴黎向北走;细致认真的梅尚从巴黎往南走。一旦两人到达各自目的地——敦刻尔克和巴塞罗那,就开始测量彼此间距离。最后根据测量数据进行计算,以得出1米的长度是多少。不过,当时的法兰西,正处在资产阶级革命的狂热中,社会十分混乱。所以,两位科学家常常冒被追捕的危险。在巴黎郊外,德朗布尔多次躲开狂热人群的追捕,有几次差点被送上断头台。在法兰西与西班牙的激烈交战中,梅尚曾被当作法国密探遭到拘禁。
经过7年的跋涉,德朗布尔和梅尚终于在法国南部要塞卡尔卡松会合。他们带着勘测资料返回巴黎时,拿破仑·波拿巴已成为法兰西新统治者,政局也恢复平静。所以,巴黎群众能够像迎接英雄一样欢迎他们。崇尚科学的拿破仑也给予他们极高评价:“胜利如过眼烟云,但是这项成就会永存于世。”设在巴黎国际科学委员会,还用纯铂制成一根1米长的金属棒来纪念两位科学家的探险活动。
法国度量衡委员会采用两位科学家的测量结果,用铂铱合金制成一根横截面为H型的标准米尺,作为原器存档。委员会还决定,法国从1812年颁布施行“米制”,并于1837年在全国强制推行,使米制率先在法国扎根。1875年,也就是米制诞生后80年,国际度量衡委员会在巴黎开会。法、德、美、俄等17国政府代表共同签署了《米制公约》,同意成立国际度量衡局。并公认米制是在法国大革命中诞生的一项最伟大的科学事业,确定米为标准国际长度单位,一直沿用至今。
遗憾的是,从事测量工作的天文学家出现了小小失误,导致1米的长度比定义中的长度缩短了0.02毫米。后来,人们通过卫星的精确测量发现,从地球极点到赤道的经线长为10,002,290米,不是梅尚测量的10,000,000米,就是说长度标准单位1米比规定的长度短了0.02毫米。著名科普作家肯·奥尔德曾在《万物的尺度》中披露说,梅尚返回巴黎以后,发现他的测量有错误,因为在两个夏季里,他在同一地方的测量结果不能吻合。这一失误产生的负罪感一直纠缠着梅尚,使梅尚日夜不宁、精神几乎濒临崩溃。为修正错误,他再次赴野外测量,结果因患疟疾死于途中。
肯·奥尔德认为,这种误差是测量仪器表面细微磨损造成的。而且,即使没有测量误差,梅尚和德朗布尔所制定的目标也无法实现,因为他们认为地球是规则球体的假设是错误的。地球不是标准球休,加上它的表面还有高低起伏。但是,梅尚对自己要求过于苛刻,于是发生了本可避免的悲剧。
时代的进步,使人们认识到以实物为基准的标准米尺,越来越难以满足精确测量的需要,于是一种不会损坏的自然基准便应运而生。1960年第11届国际计量大会上,科学界重新对米进行了定义。新标准规定,在真空中,氪86(氪一种同位素)发出各向同性的橙色光波长的1,650,763倍为1米。较之铂铱合金标准米尺,它更准确。1983年,国际计量局又将米定义为:真空中的光,在299792.458分之一秒内通过的行程长空为1米。用自然光波波长来定义长度的基本单位,不仅使“米”更具时代精神,更准确,也更适应科学技术发展的需要。所以被科学界视为计量科学史上的一个里程碑

3 条回复

hlm350521  2012-11-30 10:18
计量单位的出现和统一非常关键.
昨日之星  2012-11-01 14:30
一个计量单位的诞生饱含着科学家们付出的艰辛和生命的代价,我们永远不要忘记他们。
ldzhwu  2012-11-01 10:59
日常生活中常使用的单位,作为计量人应该了解才好。

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