杨正波

长度单位“米”是国际单位制中最重要的基本单位之一。许多物理量的单位都是由“米”和其他基本单位组成的，例如速度、加速度、功等。然而，长度单位“米”的定义却经历了漫长的数次变更。

“米”的起源

最初。人们用身体的一部分作为长度单位。三国时期《孔子家语》有“布指知寸。布手知尺”的记载。说明古代曾把手指顶端一节的长度定为1寸。把大拇指与中指张开（即1拃）的长定为1尺（如图1），成年男子的身高为1丈。所以今天成年男子仍被称为“丈夫”。可是。买布的和卖布的“拃”不一样长。怎么办？

随着生产和交换的发展。便出现了统一长度单位的要求。但世界各国的规定却五花八门。并且各个时期、各个朝代还时常变化。古罗马凯撒大帝规定以罗马士兵步行2000步为“1罗马里”：公元前4000年。古埃及的法老以他的肘拐至中指尖的距离为“1腕尺”（如图2），一腕尺分为七个掌尺（一个人手掌的宽度），每个掌尺又分为四个指尺（除去大拇指，一个手指头的宽度），胡夫金字塔高300腕尺。约合147m：古希腊人以美男子库里修斯伸开双臂时两手的中指尖的距离为“1浔”，约合1.829m；9世纪。英国国王亨利一世规定以他的鼻尖到伸直手臂中指尖的距离为“1码”。约等于现在的0.9144m：英国国王埃德加规定以他拇指的关节长度为“1英寸”。我国古代也有着形形色色的长度单位。《史记。夏本纪》记载有“禹‘身为度”。即大禹治水时。曾用自己的身长作为长度标准进行治水工程的测量。他将自己身长定为1丈，10等分。每份为1尺，以拇指的宽度为1寸：唐太宗李世民规定。以他的双步。也就是左右脚各一步作为长度单位，叫作“步”，并规定1步为5尺，300步为1里。18世纪工业革命后，科学技术迅速发展。各国互相通商。迫使科学家去寻找能保持经久不变的国际统一的长度标准。

“米”的第一次定义

国际单位制的长度单位“米”是在法国“诞生”的。1791年在法国科学院推荐下。国会采纳了以通过巴黎的地球子午线全长的四千万分之一作为基本长度单位。并用古希腊文中“metron”一词给这个单位命名。后来演变为“meter”。中文叫“米”。为了制造出标准1m的模型。法国天文学家约瑟夫。德朗布尔和安德烈·梅尚用了7年时间。他们从巴黎出发背向而行。共同完成了从敦刻尔克到巴塞罗那之间地球子午线弧长的测量。1799年根据测量结果制成一根X形截面的铂杆（如图3），将铂杆两端之间的距离定为1m。并交法国档案局保管，所以也称为“档案米”。在法国使用了近100年。

1875年3月1日。法国国民议会邀请了20个国家的政府代表与科学家参加在巴黎召开的国际会议。同年5月20日。美国、俄国、德国和意大利等17国代表正式签署了“米制公约”。并决定成立国际计量委员会和国际计量局。经国际计量局多年的研制。最后用含90%的铂和10%的铱合金以“档案米”为基准制成30个米原器。1889年第一届国际计量大会上。经过遴选。确定第6号米原器（0℃时最接近“档案米”长度的一个）为国际米原器，作为世界上最有权威的长度基准器。保存在巴黎国际计量局的地下室中。其余的分发给与会各国。并要求定期送往巴黎与米原器进行比对。“米”最早的定义为：在水冰点温度时米原器两端中间刻线之间的距离。1927年第七届国际计量大会完善“米”的定义为：0℃及标准大气压条件下。米原器轴线方向上两端线间的距离。

“米”的第二次定义

由于米原器的精度不高（只能达到0.1μm）、容易变形、使用不便（为了保持精度，必须在恒温、恒压室内存放和使用），如果国际米原器损坏。很难复制一个和原来一模一样的。因此。采用自然量值作为单位基准器的设想一直为人们所向往。1892年。美国物理学家迈克耳逊在柏林大学研制了一台镜式干涉仪。为了尽快应用于实践。他用镉红外线以光波干涉法测量国际米原器。结果精度比国际米原器提高了100倍。从而提供了用光波波长作为长度基准的可能性。1950年以后。随着同位素光源的发展。出现了一些复现精确度高、单色性好的光源。1960年第十一届国际计量大会给“米”下了第二次定义：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，不受环境影响。只要符合定义规定的物理条件，就能复现。不用再去巴黎比对，从而结束了国际间使用了70年的实物基准。

“米”的第三次定义

20世纪60年代初出现了一种新型光源——激光。由于它具有单色性好、亮度高和方向性好等特点。是理想的“光尺子”。不久物理学家和计量学家就开始了用激光替代氪86作为长度基准的研究。1983年10月在巴黎召开的第十七届国际计量大会上又通过了“米”的新定义：米是光在真空中1/299792458s时间间隔内所经历路径的长度。这就是现今“米”的定义。它将真空中的光速作为一个固定不变的基本物理常量。把长度单位统一到时间上。从而利用高精度的时间标准测量长度。

从“米”定义的演变和发展。可以看出经济和科学技术的发展不断对计量科学技术提出的新要求。同时高精度的计量单位也促进了自然科学的进步。

责任编辑 林洋