5·20，不仅是“我爱你”，还是世界计量日！
审核专家：吴宝俊
理论物理博士
2000年5月20日，为了纪念世界《米制公约》签署125周年，在国际计量大会（CIPM）和一些计量学家的提议下，每年的这一天被设为“世界计量日”（World Metrology Day）。
计量是关于测量的科学，在促进全球贸易公平，确保产品合标合规，满足顾客质量期望等方面发挥了重要作用，因此，为了提高人们对计量的重视，今年的国际计量日的主题被定为“测量支撑全球贸易”。
接下来，就让我们一起来了解一下，和计量有关的那些事儿。
1
我国的度量衡制度具有十分悠久的历史，根据史书记载，黄帝曾经设立“度、量、衡、里、亩”5个计量标准；舜制定了四季时辰的标准。
大禹治水时，曾将规矩准绳用作测量工具，并将自己的身长体重定为长度和重量的标准；周朝推行度量衡管理制度，并设置了主管的官职，留传至今的西周青铜器上，也有“金十寽”“丝三寽”“金十匀”等文字记载……
手持“规”“矩”的伏羲和女娲
公元前221年，秦始皇统一六国，结束了长期性的国家分裂，建立了我国历史上第一个大一统的封建国家。
秦朝建立的历史意义，除了结束了自春秋战国以来，诸侯割据的混乱局面，对后世影响深远的，还有车同轨，书同文，统一度量衡等一系列举措。
其中，度量衡就是长度、体积和重量的计量标准的总称，度对应长度，量对应体积，衡对应重量。度量衡的变迁与人类交换行为和生产力的进步密切相关。
在商鞅变法之前，秦国各地的度量衡标准都不统一，后来为了保证国家的赋税收入，商鞅制造了标准的度量衡器，这段历史有传世的“商鞅量”为证。全国统一后，这一标准又被推广至全国上下。
统一的计量标准，为人们从事经济文化交流活动提供了便利条件，并推进了赋税制和俸禄制等当时先进制度的产生。
800多年以后，隋文帝又对度量衡做出了统一的规定，之后的每朝每代，虽然在此基础上稍有变动，但都基本保留了隋制。清代顾炎武的《日知录》中曾有记载，“三代以来，权量之制，自隋文帝一变”。
但总的来说，我国古代的度量衡依然存在制度混乱的问题，因此，1930年南京国民政府为了与国际接轨，对度量衡制度进行了改革，但是由于政令不统一，各种计算单位仍存在混用。
直到中华人民共和国成立，1959年国务院下达《关于统一我国计量制度的命令》之后，才得到彻底的改观。
2
日常生活中，我们经常用千克来标定物体重量。那么，1千克究竟有多重呢？你能准确地描述出来吗？
你也许会说，可以在给物体称重时称出1千克的物体，但是你想过没有，天平上的1千克，最初又是如何被定义的呢？
首先，让我们一起来了解一下国际单位制（法语：Système International d'Unités，SI）这个概念。
国际单位制是由国际计量大会采纳和推荐的一种一贯单位制，包括基本单位、导出单位和辅助单位。
基本单位在量纲上彼此独立，也就是说它们中的任一个都不能被其他基本单位表示或者导出。
基本单位包括：米（长度）、千克（质量）、秒（时间）、安培（电流）、开尔文（热力学温度）、摩尔（物质的量）和坎德拉（发光强度）。
最初，国际单位中的基本单位，都是用实物或物质的特性来定义的，接下来，小编就以几个常用的基本单位为例，给大家介绍一下。
>>>>千克（kg）
国际千克原器“大K”
在国际通用的计量单位体系设立之初，科学家们发现水在4℃时密度最为稳定，因此“1千克”最初被定为1立方分米纯水在4℃时的质量。
然而，用水为标准定义千克既不方便，又不稳定，因此，1899年，一块39毫米高、底面直径也为39毫米的铂铱合金圆柱体，即国际千克原器，又名“大K”（Le Grand K），成为了“千克”的计量标准（现已废止）。
那时如果有人问1千克到底是什么？你只需回答：国际千克原器的质量就是1千克。
尽管看起来有些匪夷所思，但是在过去的大约130年的时间里，人们一直以它作为“千克”定义的标准。
一直以来，大K都被保存在巴黎的国际度量衡局（BIPM）总部，世界各主要国家都持有一块复制品，用作本国的质量标准。
>>>>米（m）
“米”的定义最初由法国人制定，在国际单位被重新定义以前，米的定义就已经经历了4个阶段：
经过100多年的发展，米的定义已经由宏观自然基准到实物基准，又发展到微观自然基准。
>>>>秒（s）
人们最早用来计量时间的单位是“平太阳日”，即地球自转一周所需要的时间。
19世纪末，人们将一个平太阳日的1/86400定为1秒，称作世界时秒。
1960年国际计量大会决定，采用以地球公转运动为基础的历书秒作为时间单位。人们将1900年初附近，太阳的几何平黄经为279°41'48".04的瞬间作为1900年1月0日12时整，从该时刻起算的回归年的1/31556925.9747作为一秒。
1967年，13届国际度量衡会议上，秒的再次被重新定义，人们将铯133原子在基态两个超精细能级间跃迁对应辐射周期的9,192,631,770倍定义为秒，原本的“天文秒”被“原子秒”取代。
3
对国际计量单位而言，“精准”是最为重要的。
以我们熟悉的“千克”为例，一位物理学家曾经说过，“如果有人打了个喷嚏，喷到了国际千克原器上，那么世界上所有的质量就会立刻全错掉。”
因此，大K自诞生以来，就一直被存放在国际计量局地下储藏室保险箱内，外面有3层玻璃钟罩保护，最外面的一层还抽成半真空，防止空气和杂质进入，每过40年才会“露面”一次，接受清洗和检查。
尽管如此，大K依然没能像人们期望的那样“永远不变”。
1992年，科学家们在比较第2次和第3次测量结果时发现，一百多年来，各国保存的质量基准，与大K的一致性共发生了约0.05毫克（相当于1粒沙子）的变化。
后来，科学家们借助X射线光谱学成像技术发现，这一数十微克的误差，是由大K表面附着的碳基及汞污染造成的。
也许大家觉得，这样一点微小的误差，对我们的生活不会产生多大的影响，然而，对于需要依靠精密实验和测量的科学研究而言，产生的打击却可能是毁灭性的。
同时，这一事件也说明原本的“千克”其实并不稳定，人们需要为度量的基本单位寻找更加恒定、可靠的定义。
于是，人们渐渐放弃使用具体的实物或“原器”来定义国际单位，而采用自然界中存在且不会发生改变的物理常数来进行定义。下面，我们就来看看最新版本的国际单位定义吧。
因此，全球各国的国家计量院经过多年研究，终于将国际测量体系全部建立在不会改变的物理常数上，有的定义与原有定义相同，但是给出了更为严格准确的描述。
国际单位制基本单位的新定义于2019年5月20日正式开始使用，这也印合了去年第20届“5·20世界计量日”的主题：“根本性飞跃”。对于人类社会来讲，去年的今天绝对具有里程碑式的意义，我们终于有了一套准确、严谨、稳定的基本单位。
经过几千年的发展，度量衡的标准由粗放到精准，直到去年的历史性变革，国际计量单位制的7个基本单位，终于全部实现由常数定义。或许这并不是计量科学的终点，让我们共同期待，它在科技未来的发展历程中，为我们带来更多的惊喜吧！
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