在“米”誕生之前,人類怎樣測量 (2005-08-19)
發布時間:2007-12-04
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來源:青年參考
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俗話說,沒有規矩,不成方圓,由此可見標準的重要性。但若了解了某些標準在制定之初的隨意,標準的權威難免就要大打折扣??在容積、重量、長度等標準中,長度標準的確定是最早的,也是最為隨意的。
馬屁股也制約今天的火箭助推器
關于馬屁股有一個經典的段子。
現代鐵路的鐵軌間距是4英尺8點5英寸,鐵軌間距采用了電車輪距的標準,而電車輪距的標準則沿襲了馬車的輪距標準。
馬車的輪距為何是4英尺8點5英寸?原來,英國的馬路轍跡的寬度是4英尺8點5英寸。如果馬車改用其他尺寸的輪距,輪子很快就會在英國的老馬路上撞壞。
英國馬路的轍跡寬度又從何而來?這可以上溯到古羅馬時期。整個歐洲(包括英國)的老路都是羅馬人為其軍隊鋪設的,4英尺8點5英寸正是羅馬戰車的寬度。
羅馬戰車的寬度又是怎么來的?答案很簡單,它是牽引一輛戰車的兩匹馬的屁股的總寬度。
段子到這里還沒有結束。美國航天飛機的火箭助推器也擺脫不了馬屁股的糾纏???火箭助推器造好之后要經過鐵路運送,而鐵路上必然有一些隧道,隧道的寬度又是根據鐵軌的寬度而來。代表著尖端科技的火箭助推器的寬度,竟然被兩匹馬的屁股的總寬度決定了。
英尺是一個成人的“腳丫子”
古代,人體的某些部分,都是制定長度標準的重要依據。
最早有記載的人為標準來自古埃及。埃及人曾用質地堅硬的花崗巖制作了一根長度標尺,它的長度是法老的小臂(肘到中指)的距離,因此又叫“腕尺”(cubit)。雖然這個標準確定得相當隨意,卻解決了重要問題,比如:金字塔的準確施工得到了保證。
古希臘人崇尚人體美,他們找來美男子庫里修斯,以他雙手伸開時兩手中指指尖的距離為長度標準,稱為“一潯”。在古羅馬,愷撒大帝以軍隊行軍時行走2000步為一“羅馬里”。后來被英國人沿用,這便是“英里”。
公元9世紀,英皇亨利一世在位時,組織大臣們討論“一碼究竟應該多長”,大臣們為此爭論不休,各說各的理。亨利一世急了,一拍大腿說:全都不許鬧,一碼就是我鼻尖到食指尖的距離。于是,“碼”伴隨著亨利一世的怒氣誕生了。
英寸的標準是10世紀英皇埃德加的拇指關節的長度。到了14世紀,英皇愛德華二世頒布“標準合法英寸”,從大麥穗中選取3粒最大的麥粒排成一行,其長度就是一英寸。
英尺起初是一個成年人的腳長。但德國人并不滿意這種隨意性,他們認為腳的長度因人而異,人們都依據自己的腳長來計算長度誤差太大。于是,在16世紀,他們找了16個男子,將他們左腳的長度加在一起再除以16,求得平均腳長,這就是現在的“英尺”。
秦始皇:王侯身體部位的“終結者”
隨意定義長度標準的并不僅限于老外,中國的情況也基本類似。史書記載,在遠古時期,中國人便“布手知尺”、“身高為丈”、“邁步定畝”。古人中指中節之長被定義為“一寸”,直到現在,中醫的針灸還沿用這個標準。
中國最早的長度標尺是安陽殷墟出土的商尺。這把骨尺由獸骨磨成,長17厘米,上面標刻著等長的10個單位。
到了春秋戰國時期,各國諸侯各自定義自己領土內的長度標準。這個王的手掌,那個王的小腿,都紛紛派上用場,使得長度標準極為混亂,給國與國之間的交流造成了極大不便。到秦始皇統一度量衡時,王侯的身體部位才退出歷史舞臺。
“米”取代“屁股”和“小腿”
如果沒有法國人,今天的人們很難擺脫“馬屁股”和“小腿”帶來的尷尬。當今世界廣泛采用的長度單位是“米”,米制最終得以確定,不能不感謝法國人。
法國大革命勝利后,具有革命思想的科學家拉格朗日,于1791年被選為法國度量衡委員會主席。在他的推動下,法國當局規定:把經過巴黎的地球子午線的四千萬分之一定義為“1米”。
使用與地球關聯密切的長度單位,自然比“馬屁股”和“小腿”高明許多。但問題是,如何知道地球經線的長度呢?天文學家約瑟夫?德朗布爾和安德烈?梅尚接受了這一艱巨任務。在當時歐洲的狂熱革命與紛飛戰火中,兩位科學家冒著生命危險,開始了細致的勘測工作。
7年后,德朗布爾和梅尚帶著勘測資料回到巴黎。法國度量衡委員會根據兩位科學家的測量數量,用鉑銥合金制成了一把標準米尺,這就是我們常說的“米原器”。1812年,法國開始實行米制。1875年,國際度量衡委員會在巴黎召開會議,法、德、美、俄等17國政府代表共同簽署了《米制公約》,米制成為國際通行的長度標準。
隨著科學技術對長度標準精確度的要求越來越高,米原器越來越不能滿足需要。于是,一種更加精確的自然基準應運而生。1960年,在第11屆國際計量大會上,科學界重新規定了米的標準:在真空中,氪86(氪的一種同位素)發出各向同性的橙色光波長的1,650,763倍為1米。
然而,氪86的光波長度很難獲得,各國在使用過程中感到并不方便。于是,人們想到了在真空中恒定不變的光速。1983年,國際計量局重新定義了“米”:真空中的光,在299792.458分之一秒內通過的行程長度為1米。這個標準被一直沿用至今。