米的定義及其變（biàn）遷
施昌彥
在日常生活中人們為估測長度或距離，習慣用手比（bǐ）一比或跨步量一（yī）量（liàng）。據中國古書記載，“布指知寸，布手知尺，舒肘知尋，婦（fù）手為咫，人身為丈（zhàng）”，“舉足為（wéi）跬，倍跬為步，邁步為畝”。這裏的（de）寸、尺、尋、咫、丈、跬、步等，實際上就是（shì）長度計量單位。眾多的單位直到公元前221年，秦始皇頒布“一法度衡石丈尺”命（mìng）令和詔書後（hòu）才得以統一。
我們的祖先早在漢朝就利用（yòng）自然規律建立了度量衡（héng）標準（zhǔn），它們在原理上與米的現（xiàn）代定義相近，而在時間上卻（què）比西方早約二千年，令世人驚歎不已。
米(m)是國際單位製中表示長（zhǎng）度的（de）基本單位。提（tí）高米（mǐ）的測量準確度不僅對於物理學、天文（wén）學等基礎學科有重要意義，而且也促進了大地測量、空間技術、納米技（jì）術等的發展和進步。
米的（de）最初定（dìng）義是由1791年法國國民代表大（dà）會確定（dìng）的，一米等（děng）於地球子午線1/4長度的一千萬分之一。“米”來源於古希臘文，意為度量（liàng）。當時認為子午線長（zhǎng）度是固定不變的（de），所（suǒ）以米及由米確定的千克和升也固定不（bú）變（biàn），從而形成一種基於自然不變的“米製（zhì）”。
1799年，根據度（dù）量子午線弧長的結果（guǒ），用燒結（jié）鉑製（zhì）成了體現端度（dù）基準的米原器並保存在巴黎檔案局，這就是最早的“檔案（àn）米（mǐ）”(後（hòu）來證明它的實際值比定義值短約0.2毫米)。
國際計量局（jú）(BIPM)據此複製了30個鉑(90%)銥(10%)合金製的X型線（xiàn）紋基準米原器。1889年經第一屆國際計量大會(CIPM)批準，從（cóng）中選出了（le）一個作為（wéi）國際米（mǐ）原器，留出數個作為工作原（yuán）器（qì），而把其餘的分發給米製公約成員國作為國家基（jī）準（zhǔn）。這時的米被定義為，國際計量局保存的國際米原器上，兩端（duān）刻劃的中間刻線的軸線在00C時的距離。此定義實際上（shàng）是由後來第7屆國際計量大會，1927年，認定的。可以說這是米（mǐ）定（dìng）義的第一次變遷。
國際米原器的準確度為0.1微米，即千萬（wàn）分之一(1×10-7)。到（dào）20世紀中葉，這個準確度已無（wú）法滿足精（jīng）密機械製造業和計量學發展的需要。於是有人提出用原子輻射波長值取而代之的建（jiàn）議，因為它（tā）是一種固（gù）定不變的自然基準。不久發現新研製的氪-86低壓氣體放電燈，在一定條件下輻射出的橙黃光譜的真空波長值是個“定值”。1960年第11屆國際計量大會決定廢除國際米原器，將米定義為，氪-86原子的（de）2P10和 5d5能級之間躍過所對應輻（fú）射（shè）在真空中波長的1650763.73倍（bèi）。這（zhè）樣米的準確度達到十億分之四(4×10-9)，它意味著（zhe）在1000公裏的長度上誤差僅為4毫米。這是米定義（yì）的第二次變遷。
幾乎與此同（tóng）時，一種方向性好、亮度高、單色性強(相幹能力強)的激光問世，其特性優於任（rèn）何已有的光源。隨著穩頻和伺服技（jì）術的發展和應用，又使激光器輸（shū）出頻率的（de）穩定性和複現性提（tí）高到百（bǎi）億分之一（yī）(1×10-10)，而後測得的（de）真空中光速（sù）值（zhí）為299792458米/秒，其準確度（dù）也比過去提高了100倍。
在這種背景下，1975年第（dì）15屆國際計量大（dà）會提出，米定義可以通過光（guāng）速表示（shì），並認（rèn）為光速值保持不變對天文學和大地（dì）測量具有重要意義。這（zhè）就（jiù）是說，光速值不再是可測的量，而是固定不變的常數，長度則可以建（jiàn）立在光速為常數的基礎上，通（tōng）過（guò）時間或頻率確定。1983年第17屆國際計量（liàng）大會將米定義為，光（guāng）在真空中，在1/299792458秒時（shí）間（jiān）間隔內所行（háng）進路徑的（de）長度。這是米定義的第三次變遷。
新定義的米，可以（yǐ）通過時間法、頻率法和輻射法來複現。時（shí）間（jiān）法利用光行進的時間（jiān）來測量長度，主要用於天文學和大地測量學。頻率（lǜ）法利用光的頻率來測量其真空波（bō）長，故在（zài）準確度方麵潛力（lì）很大，但在實際應用中尚需建立激光波長基準。在輻射法方麵，1993年國際計量委員會（huì）推（tuī）薦了8種穩頻激（jī）光器輻（fú）射的標準譜線頻率(波長)值（zhí），作為複現米（mǐ）定義的國際標準。
由於目前還沒有一種光電接收器能夠響應可見光頻率，所以尚需分波段研製（zhì）多個穩頻激光器作為基準。穩頻激光器（qì）輻射頻率的測（cè）量準確度仍在不斷改進中，比如（rú）目前常用的碘吸收633納米氦氖穩頻激光（guāng）器的複現（xiàn）性，已在1×10-10的基礎（chǔ）上又提（tí）高了約一（yī）個數量級。因而，在光頻範圍內米有可（kě）能建立頻率標準，這無疑將促進原子物理學、分子物理及高分辨率（lǜ）激光（guāng）光譜學的發展。兩個世紀以來米（mǐ）定義（yì）的變遷，既反映了科技進（jìn）步對計量學發展的推（tuī）動作用，也反映了（le）計量學發展對科技進步的（de）反作用。●
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