第57章 关于“米”的对话（1 / 2）
作者提醒：不喜欢物理学的读者请跳过此章。
周末。
吃了晚饭，二狗和高建、周洁、韩刚在客厅里聊天。前几天关于长度单位”米“的由来问题，二狗把高建问住了。高建回去查了许多资料，他说今天基本上可以回答二狗提出的这一问题了。
“谁规定了米的长度？”二狗问。
“米只是翻译成中文的叫法。它是一个外来的量。它最早起源于法国，在法文里叫ètre。中国古代是没有米这个长度单位。”
“这个不重要，重要的是米为什么是这么长？”二狗道。
“要弄明白这个问题，其实要弄明白长度问题的发展历史。”高建说。
“我能想像出来，人类在进化的过程中需要对长度进行量度。比如：行军打仗需要知道走了多少路，做个衣裳需要知道用多少布，盖个房子需要知道用多高的门。”
“是的，古代的日常生活和贸易活动中也需要对各种长度进行测量，因此需要一个用来测量的标准物。不光是长度、还有面积、体积、质量、时间等。长度只是度量标准中的一个而已。你学过的《几何》学，就是从丈量土地的技术发展起来的。”
“我也能够想像，在不同的地区，不同的国度，人们用来测量长度的工具和单位是不一样的。从历史上看，我们国家以前的长度单位是很乱的，只到秦始皇统一华夏才将度量的单位统一起来。”二狗道。
高建接着说：“是的，秦人的尺大致是普通人从手腕到肘部的长度，相当于今天的大约23厘米。古人定义长度的标准先是用人体的部位来定，就像数数的进制用十个手指来定。比如你针灸上用的寸就是大约一个姆指的宽度。古人还用拃、庹、步、寻、仞等，都是如此。”
“关键是用人体的部位来确定长度它是变化的，不用说不同的人，就是同一个人也会变化。虽然有时候采用这种相对长度有好处（比如针灸定穴位），但是大多数的时候是会造成混乱的。计量的误差会很大。如果就规定是用秦始皇的肘来定义尺，那倒是确定的，不过他死后，如何保存他的肘就是个问题了，因此不能长久。”二狗道。
“肘是变化的，但是当一个人的肘一旦被定为标准，就可以用其它的东西来等价地表示，比如完全可以用青铜制造一个标准的尺作为标准。”
顿了顿，高建接着说：
“用人体的部位作为长度的标准不仅在华夏如此，在其它国家也是一样的。公元前6世纪，古希腊人找来美男子库里修斯，以他双手伸开时，两手中指尖的距离为长度标准，按华夏的翻译也称一寻。古罗马凯撒大帝时代规定，把罗马士兵行军时的两千步定为1哩，即罗马里，后来英国人沿用至今，便是英里的由来。公元九世纪，英皇亨利一世在位时，组织大臣们讨论一码究竟应该为多长。大臣们为此争论不休，各说各的理。亨利一世急了，他没想到这么简单的问题，大臣们居然可以闹得不可开交。他一拍大腿，说道：全都不许闹，一码就是我鼻尖到食指尖的距离。于是，码的标准便伴随着亨利一世的怒气诞生了。德国人显然要更严谨一些，他们认为脚的长度因人而异，具体使用时，人们基本都是依据自己的脚长来计算长度，这样误差太大。于是在16世纪，他们找了16个从教堂出来的男子，将他们左脚的长度加在一起，再除以16，求得平均脚长。这样才诞生了我们现在使用的英尺标准。你可以从英尺的英文单词foot看出，它和脚是同一个词。”
二狗接道：“用人体的尺寸作单位就算是有德国人的严谨性，但是它有一个关键问题是各单位之间不好换算，它们并不是整进制。比如华夏国的一拃和一庹、一步，就无法说清楚他们之间如何换算。”
“各国人在定义长度的时候都差不多，起初并未考虑各种长度之间准确的换算关系，比如英国人定义的英尺最先的规定是一个成年人的脚长，这和亨利一世定义的码也一样没法换算。英寸的原标准是十世纪英王埃德加的拇指关节长度。但到了14世纪，英皇爱德华二世颁布“标准合法英寸”，即从大麦穗中选取三粒最大的麦粒排成一行的长度就是一英寸。这些规定虽然确定了长度的单位标准，但是其随意性和混乱性是非常明显的。不同单位之间也没办法换算。”高建道。
“华夏国的长度单位在秦时，大概有了进制的关系体系，比如，秦朝的长度标准单位是尺，由尺再细分为寸、分、厘、毫，都是十进制。又如再由尺放大可以诞生其它的单位，如：五尺曰墨，六尺曰步，七尺曰仞，八尺曰寻，倍墨曰丈，倍寻曰常，一百五十丈曰里等等。这样，长度虽然由人体而来，但是最后还是脱离了人体，产生了其它派生出来的单位。”二狗道。
“不仅华夏，其它民族也是一样的。比如英制长度单位中：1码=3英尺，1英尺=12英寸，1760码=1英里。这些都是能换算的，不过不是十进制，比较麻烦。”高建道。
“就算能换算，问题还是存在的。因为各个民族、不同地区、不同行业的长度标准都不一样，在国际贸易中，难以换算。另外，测量长度的标准工具只能有一个，否则，如果其中一个工具变长了些，都弄不清是这个长了，还是那个短了，甚至可能是这个长的多些而另一个长的少些，更甚至也可能是这个短的少些那个短的多些。”二狗像是在说绕口令。
“是啊，所以需要一个长度比较确定不变的东西作为长度的标准工具。这个事情法国做的比较早。这里面的故事很多，但是简单地说，他们把通过巴黎的由赤道到北极的子午线全长的千万分之一定义为长度的标准单位1米，其它长度单位以米为标准进行十进制换算。他们认为地球子午线的长度是不会变化的。后来这一规定逐渐在全世界推广开来，这就是米的由来。”高建道。
“能说说那些有趣的故事吗？”
“1790年5月8日，法国国民议会宣布对计量衡进行改革，并委托法国科学院决定如何规范度量衡。法国科学院成立了一个委员会来处理这个问题。该委员会由数学和力学专家拉格朗日、力学和天文学家拉普拉斯、化学家拉瓦西、测量仪器设计师德邦达、科学院秘书等组成。拉格朗日任委员会主席。
委员会首先采用了拉格朗日提出的以十进制为标准单位的建议。1790年10月27日，委员会决定将计量单位定为十进制。这样，计量单位的十进制与长期形成的数的十进制是一致的，这给单位换算带来了极大的方便。
接着，他们讨论了长度和质量的单位。他们提出采用从赤道到北极的子午线长的千万分之一作为米，十分之一米作为分米，1立方分米的纯水作为基本质量单位。1791年3月30日，法国国民议会通过了这项提案。此后，法国科学院的许多专家致力于这个标准量的测量和测定。
之所以采用从赤道到北极千万分之一作为长度的基本单位，是基于这样的思考：15至16世纪，随着世界航海事业的迅速发展，一种与航海密切相关的长度单位非常流行，那就是海里。1海里大约是地球大圆角度一分对应的弧长。这对导航非常方便。只要测量星空与原始位置的角度差值，就可以直接得到距离。新的长度单位也应方便航海的要求，因此大圆的1\/4，即赤道到北极长度的千万分之一，被视为1米。当时，委员会原还计划将直角度从90°改为100°，这样地球大圆的每1度对应的弧长就是100千米。这会给航海带来极大的方便，但是未能实现。”
“如果实现，那现在的周角就是400度了。”二狗插话道。
“是的。”高建继续讲述。
“接下来，他们就需要精确测量地球子午线的长度。天文学家约瑟夫·德·兰布尔和安德烈·迈尚毅然接受了这一重要任务。他们同时从巴黎出发，相背而行，博学的德·兰布尔从巴黎北上，细致的麦尚从巴黎南下。他们到达各自的目的地敦刻尔克和巴塞罗那后，就开始测量他们之间的距离。最后，根据实测数据，他们算出了一米的长度。然而，当时法国正处于资产阶级革命的狂潮之中，社会一片混乱。这两位科学家经常冒着被追捕的危险。在巴黎郊区，德兰布尔多次避开狂热分子的追击，几次差点被送上断头台。在法国和西班牙的激战中，麦尚作为法国间谍被拘留。