度量衡浅谈

                           杨威

度量衡,指在日常生活中用于计量物体长短、容积、轻重的物体的统称。其中计量长短的器具称为“度”,测定计算容积的器皿称为“量”,测量物体轻重的工具称为“衡”。英文中没有一个词与之对应,将之译为Weightsand measures,由此可见汉字的高度概括性。

中国的度量衡单位最初都与人体相关:“布手知尺,布指知寸”、“一手之盛谓之溢,两手谓之掬”。这时的单位显而易见有因人而异的弊病。

史书在谈及秦始皇的时候,都把统一度量衡作为他的功绩之一。实际上该项工作具体执行者为商鞅。据《剑桥中国史》第一卷秦汉史记载,商鞅完成度量衡的标准化后,采取行动统一度量衡,并通过律令保证计量的精确性。


上海博物馆:战国商鞅方升

但是商鞅保证不了度量衡标准的客观性,中国古代度量衡的标准也在不断变化中。历史学家通过史料记载和考古研究,计算出了古代长度“尺”和容积“升”的多少,总体上呈现增大的趋势(具体可百度)。据说这是因为在古代,长度和容积的度量主要作用是作为交纳税负时的标准,比如交纳布匹、粮食。通常统治阶级想增加税负,增加度量单位的大小就是办法之一,这样表面上没有给老百姓增加负担,但实质上还是多收了。中国的重量单位“两”在历史上则相对稳定,自唐代以来一直保持在37g左右。

现代科学的发源地欧洲的度量衡在古代也是一团糟。在18世纪80年代,法国的长度就有几十个单位,其中每一个又有几十个甚至数百个地方性标准。从这一点上可以看出中国专制皇权的好处,尽管标准在变化,但是很容易做到统一。当时的欧洲人早已认识到,统一度量衡是社会发展的必然要求,但是统一的标准是什么呢?在法国,由于试图给度量衡定义成一个“自然”的客观标准,并且便于使用和描述身边的事物,科学家们就产生了分歧。

在对长度的定义中,当时人们已经知道同一个摆锤在不同的地方会有不同的摆动周期,有的学者要求将长度单位定义为摆动周期为一秒的摆锤的长度(摆锤的一个周期是它摆起又落回到原位的时间),有的建议以巴黎所在纬度——北纬45度处的秒摆的长度作为新的长度单位。但是18世纪90年代末法国科学院还是把这个问题交给有史以来最杰出的一个科学委员会来处理。该委员会由拉格朗日、拉普拉斯、Borda、蒙日、Condorcet.等人组成。看到这些名字大家是不是有如雷贯耳的感觉?他们建议重新定义一个新单位:以赤道与极点的海平面距离的千万分之一为一米。 经过一系列波折,通过测量和计算,在1798年11月28日法国召开的一次由盟国及附属国的专家参加的国际会议上,认可了米的长度。

重量的单位“克”则使用了米的定义,18世纪90年代,“克”在法国被规定为相等于“容量相等于边长为百分之一米的立方体的水于冰熔温度时的绝对重量”。之后,科学家们经过多年的研究,于1799年在定义中改用水最稳定的密度点,当时的量度结果为4 °C时一立方分米的水为一千克。当时的法国科学院原计划制作的是新颁布质量的主单位——克的标准器,但因为当时工艺和测量技术所限,故制作了质量是克的1000倍的标准器,即千克标准原器,这也是国际单位制中质量单位是千克而不是克的原因。质量是国际单位制的7个基本单位中唯一一个以物体定义的单位。千克是质量(而非重量)的单位是在1901年第3届国际计量大会上明确的,它们之间的换算与加速度有关。


国际计量局总部:千克原器

随着科学技术的进步,1960年第11届国际计量大会对米的定义作了如下更改:“米的长度等于氪-86原子的2P10和5d1能级之间跃迁的辐射在真空中波长的1650763.73倍”。这一自然基准,性能稳定,没有变形问题,容易复现,而且具有很高的复现精度。上世纪70年代以来,对时间和光速的测定,都达到了很高的精确度。因此,1983年10月在巴黎召开的第17届国际计量大会上又通过了米的新定义:“米是1/299792458秒的时间间隔内光在真空中行程的长度”。这样,基于光谱线波长的米的定义就被新的定义所替代了。从米的定义变化可以看出科学精神的重要,在18世纪晚期,当中国还在大兴文字狱的时候,欧洲的科学家和学者已经可以通过“自然”定义一个长度的单位。从子午线到光谱波长,最后定义到光速不变上,体现了认知水平的提升,体现了对科学精神的认同。

中国民国时期已经颁布法令将度量衡与国际单位统一(时称万国公制),并逐渐为民众接受。中华人民共和国正式使用“米”制是在1959年,当时的国务院发布《关于统一计量制度的命令》,确定“米”作为我国的基本计量单位,同时使用的还有厘米、分米、千米等。并且因为折算麻烦,将过去的十六两为一斤,改为十两为一斤。1984年,国务院发布命令,采用以国际单位制为基础,同时选用一些非国际单位制单位的中华人民共和国法定计量单位(简称法定单位)。自1991年1月1日起,米和千克作为法定单位成为中国唯一合法的计量单位。

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