国际标准单位的由来（第一部分：米）

想想你遇到过的最挑剔的科学老师。如果你的答案中小数点后六位四舍五入错误，他就会扣你的分数。现在想象一下，即使是那位老师也会讨厌过于拘泥于细节的工作。这就是定义米、秒和其他国际标准计量单位的工作。

让我们来看看一些极其精确的标准，以及各个元素在长期以来定义、重新定义和重新定义这些标准中所发挥的作用。

国际公制中有七个基本单位，在过去的一个世纪里，计量学家（对他们来说，测量不是科学的起点，测量本身就是科学）对这七个量的定义越来越挑剔。事实证明，计量学家进行测量时使用的一些最佳工具就是元素周期表中的元素。与顶级测量仪器不同的是，元素在任何地方都完全相同，因此可以实现完全可重复的结果。元素周期表的多样性确保了无论您想完成什么晦涩难懂的任务，都可能有一个元素可以完成。

仪表

对于 18 世纪 90 年代来说，米的第一个定义还不错：通过巴黎测量，等于赤道和北极之间距离的千万分之一。不幸的是，科学家们测量时出了问题，后来发现，普遍使用的米的长度与假定的定义相差 0.2 毫米，这是一个无法容忍的差距。

因此，1889 年，科学家用一根由铂和铱元素制成的长条取代了子午线定义。有人在长条的一端附近划了一道划痕，然后在另一端附近也划了一道划痕，从此划痕之间的距离就变成了 1.000000… 米，精确到任意小数位。

但以这种方式定义米只会引发更多问题。比如我们谈论的温度是多少？毕竟，物体受热会膨胀。这里的几何形状是什么？如果没有得到适当支撑，那么长度的杆会下垂，并且下垂程度会根据支撑位置的不同而不同。为了避免任何歧义，科学家决定必须在 0°C 和标准大气压下测量杆，并将其支撑在两个直径为 1 厘米的圆柱体上，每个圆柱体位于同一水平面，相距 571 毫米。

当然，这个定义也不好。首先，用厘米和毫米来定义米是值得怀疑的。其次，在微观尺度上，划痕有自己的宽度——测量从哪里开始？更糟糕的是，计量学家讨厌这个定义依赖于人工制品，因为这应该是一个通用单位，而不是一个国家的财产。（事实上，其他国家的科学家有时不得不徒步前往巴黎，将物体冷却到 0°C，在一根相同的杆上做自己的划痕，然后把它带回家，这一事实阻碍了标准的传播。）

计量学家们渴望的是一个“可操作”的定义——他们希望发现一个物理过程，每次都能产生精确到 1 米的量级。更通俗、更不合时宜的说法是，科学家们追求的是一个“可通过电子邮件发送”的定义——一套纯口头指令，可以发送到世界各地，让任何地方的科学家都能进行实验并重现相同的米级。

科学家们终于在 20 世纪 60 年代利用稀有气体氪实现了这一目标。所有稀有气体（如“霓虹灯”）在受激发时都会发出强烈的彩色光，而氪恰好发出一种真正美丽的橙色光，这种光非常容易测量。因此，一米就是氪-86 原子发出的这种橙色光的 1,650,763.73 个波长。这是一个可以通过电子邮件发送的定义，因为所有氪原子都是相同的，科学家可以在需要时拿起氪放电管。科学家们最终将铂铱棒放进了博物馆的天鹅绒盒中。

然而，计量学家们从未满足，他们于 1983 年重新定义了米，甚至将氪原子也剔除。现在，1 米等于光在真空中以 1/299,792,458 秒的速度传播的距离。

当然，这个定义假设你知道一秒到底有多长……

明天请收看我们探索科学标准的下一期。本系列由《消失的勺子》一书的作者山姆·基恩 (Sam Kean) 撰写，该书收集了元素周期表中隐藏的有趣而奇特的故事。