從最初的鉑棒到如今的光速依據(jù)，單位“米”的定義經(jīng)歷了數(shù)百年的起起落落。
國際米原器的兩件復(fù)制品。
德朗布爾參與了確定“1米”究竟有多長的測量活動。
德朗布爾參與了確定“1米”究竟有多長的測量活動。
現(xiàn)在，各國正在加緊研制國際千克原器。無論誰最終成功，有一點(diǎn)可以肯定，國際千克原器將還是一個實(shí)體，各國仍要到某個機(jī)構(gòu)校驗自己的測量儀器。為什么要追求那么高的精度呢？各國又在追求精準(zhǔn)測量方面，又有什么有趣的故事呢？
精確計量不遙遠(yuǎn)
國際計量局規(guī)定，無論是“阿伏加德羅”方案還是“瓦特平衡”方案，只有和1889年的國際千克原器（IPK）的質(zhì)量差距不大于10-8千克（相當(dāng)于0.2毫克）時，才有可能替代目前的IPK，為什么要這么準(zhǔn)確呢？
中國計量科學(xué)院首席研究員張鐘華說，在菜市場買菜是不需要這么精確的質(zhì)量標(biāo)定的，但是賣菜用的秤需要用“公平秤”標(biāo)定，而公平秤需要更“公平”的秤標(biāo)定，這樣一層層上去，最終的標(biāo)準(zhǔn)是IPK。而在微小量測量上，千克標(biāo)準(zhǔn)的精確度就有更重要的意義。
比如熱力學(xué)溫標(biāo)“開爾文”這個單位的定義是“水的三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16為1開爾文”，水中可能含有同位素“重水”，這種物質(zhì)有多少量只能通過稱量知道，而它的含量會對水的熱力學(xué)溫度產(chǎn)生影響。天然水中，重水的含量約占0.015％，量器不準(zhǔn)是找不到它們的，所以千克原器對熱力學(xué)有重要意義。
中國是如何從國際計量局得到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，又如何把數(shù)據(jù)傳達(dá)給需要的部門呢？張鐘華說，各國什么時候愿意去比對IPK都可以。比對的結(jié)果出來之后，他們會給有些部門下通知，告訴他們修正值。這些部門的砝碼都可以與中國計量科學(xué)研究院和IPK的復(fù)制品比對。如果有誤差，只要加減一個修正值就可以了。
何為“一米”，來之不易
近代科學(xué)的發(fā)展是和計量的發(fā)展緊密聯(lián)系在一起的，在力學(xué)三大基本單位———秒、千克、米中，“米”的身世最傳奇。
18世紀(jì)90年代末，法國科學(xué)院把統(tǒng)一長度單位的問題交給有史以來最強(qiáng)大的一個科學(xué)委員會來處理。該委員會由拉格朗日、拉普拉斯、拉瓦錫、蒙日等人組成。在科學(xué)委員會1791年3月19日提交給科學(xué)院的報告中，他們建議以赤道與極點(diǎn)的海平面距離的千萬分之一為一米，并得到通過。
18世紀(jì)的子午線測量工程就像我們今天的空間計劃或者大型粒子加速器一樣浩大。顯然，當(dāng)時還無法測出從北極到赤道整個90度的經(jīng)線長度———因為還沒有人去過北極。他們決定測量從敦刻爾克到巴塞羅那的距離，跨越了從北極到赤道的經(jīng)線距離的1/10。
調(diào)查的任務(wù)交給了天文學(xué)家梅尚（Pierre Méchain） 和德朗布爾（Jean Delambre）。然而在9月，法國第一共和國成立，法國大革命進(jìn)行得如火如荼。有一次德朗布爾被抓住了，他被強(qiáng)迫按照共和黨的方式在開赴戰(zhàn)場的志愿者前為自己辯解。他的三角學(xué)講座并沒能打動軍隊，好在他被一個官員以保護(hù)性拘禁的方式從暴民手中解救出來，而且最終在國民議會的命令下被釋放。之后委員會成員拉瓦錫被處死，科學(xué)委員會認(rèn)清了形勢，開始投入到對舊計量制度的革命性批判的工作中。
1795年4月7日一道建立新計量名稱的命令使科學(xué)委員會重新開始運(yùn)轉(zhuǎn)，測量計劃也被要求重新開始。在1798年11月28日法國召開了一次由盟國及附屬國的專家參加的國際會議，確定了子午線的長度和米的長度。現(xiàn)在，借助衛(wèi)星可以比較容易的測出地球經(jīng)線的長度，得出的結(jié)果實(shí)際上比90度經(jīng)線長度的千萬分之一要短1/5毫米。
從鉑棒到光速
1795年，曾經(jīng)為法國王室工作的珠寶商制作了一批鉑棒。其中每一根的長度都為1“臨時米”、厚4毫米、寬25.3毫米，兩端面平行。計量專家從中挑出0℃時長度最接近“1米”的計算值的，于1799年6月22日被放置在國家檔案館，便是眾所周知的“米原器”。公制于1799年12月10日獲得立法確認(rèn)。1874年，科學(xué)家們又用更加堅硬的鉑銥合金制作了新的“1米”長合金棒，這種合金后來被稱為“1874合金”。這個合金棒在1889年舉行的第一屆國際計量會議上被宣布為“國際米原器”（IPM）。
用鉑棒定義米既不方便，也不穩(wěn)妥。1960年第11屆國際度量衡會議（CGPM）的決議稱，“國際米原型所定義的標(biāo)準(zhǔn)米的精度已不適合當(dāng)今計量學(xué)的需要”。該決議對“米”進(jìn)行了重新定義：“真空中氪86原子從2p10躍遷到5d5能級時所發(fā)出輻射波長的1650763.73倍”。
不久，科學(xué)家們對這一定義也產(chǎn)生了不滿。他們開始考慮以光速來作為“米”的判斷標(biāo)準(zhǔn)。1975年第15屆CGPM確定光速的推薦值是每秒299792458米。所以，1983年第17屆CGPM又以真空中的光速重新定義了米，即1米等于光在真空中于1/299792458秒時間間隔內(nèi)所經(jīng)路徑的長度。在米的定義中的應(yīng)用使光速成為目前測量精度的極限。
因此，“秒”這一在1791年曾被認(rèn)為是過于武斷的定義，重新成為米的基礎(chǔ)。
