法國定義“米”作為基本長度單位
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在222年前的今天,1791年3月25日 (農曆二月廿一),法國定義“米”作為基本長度單位。
米是世界上用得最廣泛的長度單位。在國際單位制中,1米等於100公分,等於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,長度單位米的出現與法國大革命、與地球周長的關係密切,現在我們就來了解一下藏匿其中的趣聞。
我們先從法國資產階級大革命開始説起,1791年,具有革命思想的著名科學家拉格朗日,當選為法國度量衡委員會主席。在他全力推動下,一項影響了全世界的長度單位——米浮出水面。法國相關當局規定:把經過巴黎的地球子午線,也就是經線長的四千萬分之一定義為1米。通俗地説,1米是從地球北極到赤道距離的一千萬分之一,1791年3月25日,法國國民議會決定採納了只基於一個長度基本單位“米”的計量制度。現在全球通用的國際長度單位米,則由此規定而來。
剩下的問題是如何測量地球子午線的長度了。儘管大家知道這是一項艱苦卓絕的長途跋涉,而且還來不得半點馬虎,需要細心地勘測。天文學家約瑟夫·德朗布爾和安德烈·梅尚堅決地接受了這一艱鉅任務。他們約定從巴黎出發,背向而行,共同完成從敦刻爾克到巴黎,再到巴塞羅那這一段地球子午線的測量工作。博學多才的德朗布爾從巴黎向北走;細緻認真的梅尚從巴黎往南走。一旦兩人到達各自目的地——敦刻爾克和巴塞羅那,就開始測量彼此間距離。最後根據測量數據進行計算,以得出1米的長度是多少。不過,當時的法蘭西,正處在資產階級革命的狂熱中,社會十分混亂。所以,兩位科學家常常冒被追捕的危險。在巴黎郊外,德朗布爾多次躲開狂熱人羣的追捕,有幾次差點被送上斷頭台。在法蘭西與西班牙的激烈交戰中,梅尚曾被當作法國密探遭到拘禁。
經過7年的跋涉,德朗布爾和梅尚終於在法國南部要塞卡爾卡鬆會合。他們帶着勘測資料返回巴黎時,拿破崙·波拿巴已成為法蘭西新統治者,政局也恢復平靜。所以,巴黎羣眾能夠像迎接英雄一樣歡迎他們。崇尚科學的拿破崙也給予他們極高評價:“勝利如過眼煙雲,但是這項成就會永存於世。”設在巴黎國際科學委員會,還用純鉑製成一根1米長的金屬棒來紀念兩位科學家的探險活動。
法國度量衡委員會採用兩位科學家的測量結果,用鉑銥合金製成一根橫截面為H型的標準米尺,作為原器存檔。委員會還決定,法國從1812年頒佈施行“米制”,並於1837年在全國強制推行,使米制率先在法國紮根。1875年,也就是米制誕生後80年,國際度量衡委員會在巴黎開會。法、德、美、俄等17國政府代表共同簽署了《米制公約》,同意成立國際度量衡局。並公認米制是在法國大革命中誕生的一項最偉大的科學事業,確定米為標準國際長度單位,一直沿用至今。
遺憾的是,從事測量工作的天文學家出現了小小失誤,導致1米的長度比定義中的長度縮短了0.02毫米。後來,人們通過衞星的精確測量發現,從地球極點到赤道的經線長為10,002,290米,不是梅尚測量的10,000,000米,就是説長度標準單位1米比規定的長度短了0.02毫米。著名科普作家肯·奧爾德曾在《萬物的尺度》中披露説,梅尚返回巴黎以後,發現他的測量有錯誤,因為在兩個夏季裏,他在同一地方的測量結果不能吻合。這一失誤產生的負罪感一直糾纏着梅尚,使梅尚日夜不寧、精神幾乎瀕臨崩潰。為修正錯誤,他再次赴野外測量,結果因患瘧疾死於途中。
肯·奧爾德認為,這種誤差是測量儀器表面細微磨損造成的。而且,即使沒有測量誤差,梅尚和德朗布爾所制定的目標也無法實現,因為他們認為地球是規則球體的假設是錯誤的。地球不是標準球休,加上它的表面還有高低起伏。但是,梅尚對自己要求過於苛刻,於是發生了本可避免的悲劇。
時代的進步,使人們認識到以實物為基準的標準米尺,越來越難以滿足精確測量的需要,於是一種不會損壞的自然基準便應運而生。1960年第11屆國際計量大會上,科學界重新對米進行了定義。新標準規定,在真空中,氪86(氪一種同位素)發出各向同性的橙色光波長的1,650,763倍為1米。較之鉑銥合金標準米尺,它更準確。1983年,國際計量局又將米定義為:真空中的光,在299792.458分之一秒內通過的行程長空為1米。用自然光波波長來定義長度的基本單位,不僅使“米”更具時代精神,更準確,也更適應科學技術發展的需要。所以被科學界視為計量科學史上的一個里程碑。
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