“能說說那些有趣的故事嗎?”
“1790年5月8日,法國國民議會宣布對計量衡進行改革,並委托法國科學院決定如何規範度量衡。法國科學院成立了一個委員會來處理這個問題。該委員會由數學和力學專家拉格朗日、力學和天文學家拉普拉斯、化學家拉瓦西、測量儀器設計師德邦達、科學院秘書等組成。拉格朗日任委員會主席。
委員會首先采用了拉格朗日提出的以十進製為標準單位的建議。1790年10月27日,委員會決定將計量單位定為十進製。這樣,計量單位的十進製與長期形成的數的十進製是一致的,這給單位換算帶來了極大的方便。
接著,他們討論了長度和質量的單位。他們提出采用從赤道到北極的子午線長的千萬分之一作為米,十分之一米作為分米,1立方分米的純水作為基本質量單位。1791年3月30日,法國國民議會通過了這項提案。此後,法國科學院的許多專家致力於這個標準量的測量和測定。
之所以采用從赤道到北極千萬分之一作為長度的基本單位,是基於這樣的思考:15至16世紀,隨著世界航海事業的迅速發展,一種與航海密切相關的長度單位非常流行,那就是海裏。1海裏大約是地球大圓角度一分對應的弧長。這對導航非常方便。隻要測量星空與原始位置的角度差值,就可以直接得到距離。新的長度單位也應方便航海的要求,因此大圓的1/4,即赤道到北極長度的千萬分之一,被視為1米。當時,委員會原還計劃將直角度從90°改為100°,這樣地球大圓的每1度對應的弧長就是100千米。這會給航海帶來極大的方便,但是未能實現。”
“如果實現,那現在的周角就是400度了。”二狗插話道。
“是的。”高建繼續講述。
“接下來,他們就需要精確測量地球子午線的長度。天文學家約瑟夫·德·蘭布爾和安德烈·邁尚毅然接受了這一重要任務。他們同時從巴黎出發,相背而行,博學的德·蘭布爾從巴黎北上,細致的麥尚從巴黎南下。他們到達各自的目的地敦刻爾克和巴塞羅那後,就開始測量他們之間的距離。最後,根據實測數據,他們算出了一米的長度。然而,當時法國正處於資產階級革命的狂潮之中,社會一片混亂。這兩位科學家經常冒著被追捕的危險。在巴黎郊區,德蘭布爾多次避開狂熱分子的追擊,幾次差點被送上斷頭台。在法國和西班牙的激戰中,麥尚作為法國間諜被拘留。
經過七年的跋涉,德·蘭布爾和麥尚終於在法國南部的卡爾卡鬆要塞相遇。當他們帶著調查數據回到巴黎時,拿破侖·波拿巴已經成為法國的新統治者,法國政局已經恢複穩定。巴黎人民像迎接英雄一樣歡迎他們。提倡科學的拿破侖也對他們給予了高度評價:“勝利就像過眼雲煙,但這一成就將永垂不朽。”
不幸的是,從事測量工作的天文學家犯了一個小錯誤,導致1米的長度比規定長度短了0.02毫米。後來,通過精確的衛星測量,人們發現從地球極點到赤道的經度為10000022.9米,而不是麥尚測量的10000千米。也就是說,1米的標準長度單位比規定長度短0.02毫米。著名科普作家肯·奧爾德曾在《萬物衡》雜誌上披露,當麥尚回到巴黎時,他發現自己的測量有誤,因為他在同一個地方的兩個測量不符。這個錯誤造成的內疚讓麥尚日夜不安,精神瀕臨崩潰。為了改正錯誤,他又到野外測量,在測量的途中死於瘧疾。
1799年,法國科學家根據測量結果製作了一根橫截麵為3.5mm×25mm的鉑金棒,棒兩端的距離定為1m,交法國檔案館保管。因此,這個鉑金棒也被稱為‘檔案米’。這是“米”的最早定義。
1812年,法國頒布了“米製”,並於1837年起在全國推行,使米製首先在法國生根發芽。
公製米一開始並沒有很快得到其他國家的認可,在英國眼中,公製依然是‘法國的公製’,因為它的標準再怎麼說也是基於經過巴黎的經線測定的。而且,英國這邊的社會情況也並不是很支持在度量衡方麵進行大刀闊斧的改革。 當時法國的貿易和經濟已接近破產,但英國卻是當時世界上首屈一指的工業強國,過分激進的改變必定會損害當下和未來的經濟,尤其是,目前的計量體係也沒有特別明顯的壞處。1824年,英國出台了《大英帝國度量衡法》,將從羅馬人那裏繼承的度量衡標準化,而且確定長度的標準方法采用了‘秒擺’法。關於長度標準的確定方法變成了兩個體係、兩個國家間的較量。經過漫長的研究,英國的學術機構終於在1841年悻悻地宣布,秒擺的精度不足以用來重建長度的標準。子午線法的米才被逐漸接受。
由於“檔案米”變形嚴重,1872年法國放棄了‘檔案米’的定義,根據‘檔案米’的長度,采用鉑銥合金(90%鉑和10%銥)材料重新製作了米原器。當時共製作了31件米原器,橫截麵大致呈X形。‘檔案米’的長度被刻在尺子的凹槽(中性麵)上,兩條線的寬度為6-8微米。
1875年,國際度量衡理事會在巴黎召開會議。法、德、美、俄等17國政府代表共同簽署了《公製公約》,同意成立國際度量衡局,承認公製是法國大革命誕生的最大科學事業。‘米’被確定為國際標準長度單位,一直沿用至今。
1889年,在第一屆國際計量大會上,在31個米原器中最接近0℃時‘檔案米’的第6號米原器被國際計量局選為國際米原器。規定1米就是米原器在0攝氏度時兩條刻線中心間的距離。作為世界上最權威的長度基準,它被保存在巴黎國際計量局的地下室,其餘的標尺作為輔助標尺分發給參與國。米原器的精度可以達到0.1 微米。
1927年,第七屆國際計量大會對長度計量的定義又作了更為嚴格的規定。除溫度要求外,還提出國際米原器必須保持在1標準大氣壓下,並對其放置方法作了具體規定。