进无止境的计量单位
在全球范围内统一度量衡，是一项造福全人类的伟业，这也是国际单位制的要义所在。基本单位植根于前沿科技，服务于整个社会，其每一次“进化”都是计量科学的跨越。值此“世界计量日”之际，让我们回望国际单位制7个基本单位的前世今生，去追寻那些烙刻在每个基本单位上的时代印记，并揭示基本单位将如何“变脸”。
秒：计量精度第一
“一寸光阴一寸金，寸金难买寸光阴。”古人很懂得惜时的道理。然而，人类对于时间的测量经历了极其漫长的过程。
我们的祖先是用春夏秋冬的四季轮回来定义年，用月球的圆缺变化来定义月，用太阳的东升西落来定义日，并且还出现了时、刻、更、点等许多独特的计时单位。从17世纪开始，天文学家引入“平太阳日”的概念，即当地球自转一周，地球上任何地点的人连续两次看见太阳在天空中同一位置的时间间隔为一个平太阳日。
随着科学技术的进步，计时精度不断提高，人们希望找到一个更为准确的时间尺度。1820年，法国科学院正式提出了关于“秒”的定义：一个平太阳日的1/86400为1秒（即平太阳秒）。这就是人们通常所说的天文秒，以天文秒为基本单位建立的时标叫作世界时。
由于地球的自转并不稳定，因此天文秒的精度不高。1956年10月，国际计量委员会（CIPM）决定采用以地球公转为基础的历书时秒作为时间单位。然而，地球公转的周期也不是恒定的，因此秒长也存在误差。在这样的背景下，“原子秒”登上了计时舞台。
所谓原子秒，是基于原子跃迁频率定义的秒长。原子秒诞生的技术支撑就是1952年面世的全球第一台原子钟以及其后登场的更为先进的原子钟。原子钟的准确度和稳定性令计量学家刮目相看。原来，原子跃迁的振荡频率十分稳定，原子钟精度可以达到百万分之一秒，甚至千万分之一秒。在1967年第13届国际计量大会上，正式推出了“原子秒”的定义，即铯-133原子基态的两个超精细能级间跃迁对应辐射的9192631770个周期所持续的时间。
为什么选取9192631770这个数字呢？原来，科学家用当时最为准确的天文秒作为“尺子”，在1个天文秒内测量出的铯-133原子相应能级间的跃迁周期数为9192631770。
原子秒取代天文秒，标志着国际单位制时间计量从实物时代迈进了量子时代。50年来，时间频率的测量准确度已经跃升了1000万倍，成为了目前测得最为准确的物理量。目前，世界各国都采用原子钟来产生和保持标准时间，这就是“时间基准”。
我国科学家研制的锶光钟在时间频率尖端前沿研究领域实现了与国际并跑。锶光钟的全称为锶‐87原子光晶格钟，这是目前世界上频率稳定度最高的原子钟，比现行秒定义所采用的铯原子喷泉钟高出两个数量级。
米：全球同此尺度
在人类的发展历史上，关于长度的计量由来已久。然而，每个国家都有自己的计量标准。即便在同一个国家，不同的地区和不同的历史时期，长度单位的名称和量值也是不一样的。长度计量单位的杂乱无章，无疑为商品和文化交流带来了诸多麻烦。
“米”的诞生就是为解决长度计量混乱问题而进行的一个科学尝试。1790年，法国国民议会通过决议，责成法国科学院研究如何建立长度和质量等基本物理量基准的问题，为统一计量单位打好基础。1791年，米的定义诞生了，即把经过巴黎的地球子午线，也就是经线长度的4000万分之一定义为1米。为什么要选取地球子午线作为米定义的参照系呢？因为当时认为地球子午线长度是固定不变的。关于米的名称，则是选取古希腊文metron（度量）一词，后来则演变为metre（meter）。
从1792年开始，法国天文学家利用7年时间完成了通过巴黎的地球子午线长度的测量工作。1799年，法国科学院根据测量结果制作了1米的长度基准—米原器。
米原器用铂制成，后被保存在巴黎档案局，因此又被称为“档案米”。科学家发现，“档案米”要比实际值长了大约0.2毫米。误差可能源于当时的技术条件限制，但并不影响米原器的科学地位。
1875年5月20日，20个国家正式签署《米制公约》，确定米制为国际通用的计量单位，并决定成立国际计量委员会和国际计量局。
1889年，在第一届国际计量大会上，批准了“米”的定义，即1米的长度等于国际米原器在冰熔点温度时两刻划线间的距离。国际米原器是国际计量局用含铂90%、铱10%的合金制成，横截面呈X形。铂铱合金的特点是膨胀系数极小，并且这样的形状最坚固又最省料。国际计量委员会从几个米原器中选出一个作为国际米原器，并把其他分发给《米制公约》成员国作为国家基准。
然而，國际米原器的精确度只有0.1微米，并且难以复现，容易损坏，随时间会有缓慢的变化。所以，随着科学技术的发展，人们越来越希望把长度的基准建立在更科学、更方便和更可靠的基础之上。这样一来，用自然米取代实物米就成为了一个必然趋势。
作者：苏更林
来源：《百科知识》
