計(jì)量單位給人的感覺(jué)就像是絕對(duì)嚴(yán)格精準(zhǔn)的裁判，以它本身來(lái)度量我們的世界。

中國(guó)有成語(yǔ)錙銖必較、絲毫不差，錙與銖和絲與毫都是極小的單位，這些都表現(xiàn)出我們計(jì)量單位的精準(zhǔn)要求。

可是在工藝水平低下，科學(xué)并未啟蒙的古代，全世界的古人都無(wú)法以一個(gè)自然的恒定量作為標(biāo)桿，那他們當(dāng)時(shí)又是如何制定度量衡的？

這聽(tīng)起來(lái)是一件神圣而又嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鳎蓪?shí)際上以我們現(xiàn)代人的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看當(dāng)時(shí)的做法可以說(shuō)“隨意得可怕”。

不知道有多少人的中學(xué)歷史老師會(huì)在課堂上講圣人孔子的身高這件事。

史記中記載，孔子身高九尺六寸，如果以現(xiàn)在的市制公尺算，圣人的身高將超過(guò)3米，顯然是不可能的。

若以史記編纂時(shí)期西漢的尺（約23.1厘米）計(jì)算，孔圣人的身高還是達(dá)到2.21米，如果以春秋時(shí)期的尺計(jì)算則有1.97米、1.91米、1.89米三種可能。

從圣人飄忽不定的身高中，可以窺見(jiàn)那個(gè)時(shí)期長(zhǎng)度計(jì)量單位的混亂。

這是由于當(dāng)時(shí)的制定單位時(shí)所選取的標(biāo)準(zhǔn)物并不是一個(gè)恒定不變的事物。

這個(gè)混亂階段全世界的文明都經(jīng)歷過(guò)，我們都曾用身體的一部分作為標(biāo)準(zhǔn)物來(lái)度量世界。

大概自夏朝起，中華文明就以成年男子拇指與中指張開(kāi)的末端距離作為一尺，相當(dāng)于我們現(xiàn)在說(shuō)的一拃。

這樣定義出來(lái)的一尺是因人而異的，只有在一些工程當(dāng)中才會(huì)制作標(biāo)尺準(zhǔn)繩來(lái)控制誤差。

不同身高的人的一拃長(zhǎng)度分布，單位厘米

這方面精通建造巨型奇觀的古埃及走在了前面，在三千多年前就已經(jīng)制作了已知最早的長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)物。

埃及人也明白降低誤差的重要性，特地選用了質(zhì)地堅(jiān)硬的花崗巖做為材料。

藏于博物館的古埃及碗尺石柱

只不過(guò)長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)的選取就顯得有些任性了，是取法老小臂拐肘處到中指末端的距離，稱作腕尺。

雖然選取大眾的平均值作為標(biāo)準(zhǔn)會(huì)更合理更方便，但不管怎么說(shuō)埃及人好歹最早規(guī)定了全國(guó)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

而英國(guó)人，到了中世紀(jì)末期都還在沒(méi)有一個(gè)準(zhǔn)確的長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)。

他們最常用的長(zhǎng)度單位英寸，也是整個(gè)英制單位的基礎(chǔ)之一，最早被定義為拇指的寬度。

后來(lái)，英國(guó)人也漸漸覺(jué)得這種隨意的定義會(huì)導(dǎo)致“一百個(gè)人眼里有一百種英寸”，不利于英國(guó)的和諧統(tǒng)一。

于是在1324年，愛(ài)德華二世下定決心將一英寸重新定義為一穗大麥上最大的三粒麥子相接的長(zhǎng)度。

終于成功地把局面扭轉(zhuǎn)為“一百片麥田里有一萬(wàn)種英寸”。

類似的事情也發(fā)生在英尺的定義上。

英尺的英文寫法是foot，顧名思義就是一個(gè)腳掌的長(zhǎng)度，在19世紀(jì)以前可以是25厘米到33.5厘米之間的任意長(zhǎng)度。

那個(gè)年代的“七尺男兒”可以是175厘米的正常身高，也可以是235厘米的恐怖巨人。

德國(guó)人很不爽英國(guó)人的這種隨意，他們想到一個(gè)可行的解決辦法。

在16世紀(jì)的時(shí)候，德國(guó)人隨機(jī)找了16個(gè)從教堂里出來(lái)的男子，測(cè)量他們的腳長(zhǎng)，把求出的平均腳長(zhǎng)，并以此作為英尺的標(biāo)準(zhǔn)。

除此之外，英制單位的混亂還體現(xiàn)在個(gè)單位之間的換算關(guān)系上。

我們現(xiàn)在用的單位大多都滿足一定規(guī)律的換算關(guān)系，十進(jìn)制甚至不需要計(jì)算就可以很方便地完成換算。

但英國(guó)人就沒(méi)有那么規(guī)矩了，他們的英寸、英尺、碼是單獨(dú)定義的。

一英寸是三粒麥子的長(zhǎng)度，一英尺是腳的長(zhǎng)度，一碼是亨利一世國(guó)王的鼻尖到指尖的距離。

后來(lái)為了方便才湊成了1碼=3英尺=36英寸的關(guān)系。

這種混亂同樣也存在于重量、面積等單位上。

混亂的局面最終是靠法國(guó)人終結(jié)的。

1790年，法國(guó)已經(jīng)經(jīng)歷了啟蒙運(yùn)動(dòng)的理性主義思潮，此前依靠人體部位或常見(jiàn)物定義的計(jì)量單位已經(jīng)不能滿足時(shí)代的需要了。

于是法國(guó)科學(xué)院建議以地球作為標(biāo)準(zhǔn)物重新定義基本長(zhǎng)度單位，以通過(guò)巴黎的子午線四分弧長(zhǎng)的一千萬(wàn)分之一定義新的長(zhǎng)度單位米。

說(shuō)起來(lái)輕巧，可實(shí)際測(cè)量卻并不容易。

法國(guó)人花了整整7年的時(shí)間才量出了穿過(guò)敦刻爾克到巴塞羅那那條子午線的弧長(zhǎng)。

并且用鉑制作了一根標(biāo)準(zhǔn)米尺作為標(biāo)準(zhǔn)參照物，稱作米原器。而這時(shí)候英國(guó)人甚至還沒(méi)有給出英尺的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度。

初代鉑制米原器

基本長(zhǎng)度單位米誕生之后，很多單位也它為基礎(chǔ)重新定義了標(biāo)準(zhǔn)。

首先是以十進(jìn)制為基礎(chǔ)導(dǎo)出了很多一套長(zhǎng)度單位，包括我們熟悉的厘米、分米、千米。

再以長(zhǎng)度單位定義質(zhì)量單位千克，即是一立方分米（一升）的純水在4攝氏度時(shí)的質(zhì)量。

1875年多國(guó)簽署“米制公約”

法國(guó)人提出的這種方便和合理的計(jì)量單位系統(tǒng)很快得到了歐洲各國(guó)的積極采用。

那時(shí)候英國(guó)國(guó)力強(qiáng)盛，很多國(guó)家不得不采用英制單位來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)制造。

但英制單位的換算麻煩，商家經(jīng)常會(huì)以換算為借口偷工減料，類似現(xiàn)在把1000MB當(dāng)做1GB。

米制單位系統(tǒng)基本都采用十進(jìn)制換算，計(jì)算方便的同時(shí)也更加精確，自然很快得到了推廣。

19世紀(jì)中期的普魯士工廠

然而，當(dāng)米制單位系統(tǒng)推廣開(kāi)來(lái)時(shí)，我們的科學(xué)對(duì)單位的精度有了更高的要求。

法國(guó)人制作且沿用了近一個(gè)世紀(jì)的米原器很難滿足時(shí)代的需要。

在1875年各國(guó)簽署了“米制公約”之后，又制造了一批精度更高的鉑依合金米原器，共31支。

新制作的米原器以及千克原器

.屆國(guó)際計(jì)量對(duì)米給出的定義是：0攝氏度時(shí)，鉑依合金米原器兩端刻線記號(hào)間的距離。

然而，因?yàn)榭潭染€本身寬度的影響，這個(gè)米原器的精度實(shí)際上只能達(dá)到0.1微米，顯然算不上精準(zhǔn)。

于是有科學(xué)家提出可以用單色光的波長(zhǎng)來(lái)測(cè)量米原器，并用其波長(zhǎng)的若干倍來(lái)表示米的長(zhǎng)度。

這種方法顯然比以人造物為基準(zhǔn)要更加可靠和穩(wěn)定，只是受限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)，只被當(dāng)做米原器的旁證。

之后米的定義又經(jīng)過(guò)了幾次定義的修改，最終確定為用宇宙通用的光速來(lái)定義米。

一米等于光在真空中299792458分之一秒內(nèi)所經(jīng)過(guò)的路徑長(zhǎng)度。

看起來(lái)國(guó)際單位制的推廣與普及似乎終結(jié)千百年來(lái)的單位混亂，但其實(shí)混亂才剛剛開(kāi)始。

1983年，加拿大航空143號(hào)班機(jī)因?yàn)槿剂蠙z測(cè)棒出了問(wèn)題，但又苦于沒(méi)有這種新機(jī)型的零件更換。

于是機(jī)長(zhǎng)建議先應(yīng)急用手工計(jì)算燃料用量，完成航班飛行再進(jìn)行維修。

然而當(dāng)時(shí)加拿大仍然在使用英制單位，并與公制單位混用。

原本要要加大概2萬(wàn)千克的燃油，結(jié)果在換算成體積的時(shí)候工作人員把它當(dāng)成2萬(wàn)磅來(lái)計(jì)算，結(jié)果只加了不到一半的油量。

后果當(dāng)然是飛機(jī)在空中飛了一半航程就沒(méi)油了，離最近的機(jī)場(chǎng)又還有百余公里，根本不可能飛得到。

幸好機(jī)長(zhǎng)想起附近還有一個(gè)廢棄的基米尼空軍基地，他曾經(jīng)在那里訓(xùn)練過(guò)，可以緊急迫降。

然而，因?yàn)轱w機(jī)高度太高速度過(guò)快，直接降落會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)，于是有豐富滑翔機(jī)駕駛經(jīng)驗(yàn)的機(jī)長(zhǎng)決定先滑翔降低高度再降落。

可當(dāng)飛機(jī)高度降低，機(jī)長(zhǎng)卻發(fā)現(xiàn)這個(gè)空軍基地已經(jīng)改建成了賽車場(chǎng)，看場(chǎng)面像是剛剛比賽完，觀眾都沒(méi)有散席。

萬(wàn)幸，在前起落架沒(méi)有放下的情況下，機(jī)長(zhǎng)還是成功迫降在這個(gè)空軍基地，保住了所有人的生命。

這一因單位混亂引起的事故也打破當(dāng)時(shí)民航滑翔飛行的世界紀(jì)錄，史稱“基米尼滑翔機(jī)”。

而作為.批在“米制公約”上簽字的國(guó)家，美國(guó)同樣沒(méi)有能夠?qū)?guó)際單位制徹底推廣。

在英國(guó)人自己都已經(jīng)拋棄了英制單位的情況下，美國(guó)卻依舊我行我素地以自由包容一切。

美國(guó)人的計(jì)量單位最早沿襲自英國(guó)，但獨(dú)立之后他們又逐漸發(fā)展出了一套自己的獨(dú)特（奇葩）計(jì)量單位系統(tǒng)。

美國(guó)車的速度表外圈單位是英里每小時(shí)，內(nèi)圈則是千米每小時(shí)

他們修改了英制的一些單位，雖然叫起來(lái)名稱是一樣的，可是數(shù)值大小卻和原本的英制不再通用了。

比如美國(guó)人的盎司就堪稱混亂王中王。

英國(guó)人最早用盎司來(lái)作為酒的容量計(jì)量單位，1盎司等于28.41毫升。

而傳到美國(guó)之后，盎司被改成了29.57毫升。

除此之外，美國(guó)的盎司還被當(dāng)做重量單位，用于重量較小物品的計(jì)量。

這還沒(méi)完，作為重量單位的盎司還分成多種，常見(jiàn)的有常衡盎司、金衡盎司、藥衡盎司。

這三種盎司的標(biāo)準(zhǔn)都不一樣，所以在美國(guó)，一盎司棉花和一盎司純金真的不一樣重。

感受被混亂支配的恐懼吧

美國(guó)英制公制混用的問(wèn)題更是害得NASA損失慘重。

NASA的火星氣候探測(cè)者號(hào)斥資超過(guò)3億美元，花了一年時(shí)間才從地球飛到火星。

最后卻因?yàn)榭刂菩〗M的成員混淆了公制單位和英制單位，直接導(dǎo)致探測(cè)器墜毀，3億美元打了水漂。

火星氣候探測(cè)者號(hào)上的飛行系統(tǒng)軟件使用公制單位牛頓計(jì)算推進(jìn)器動(dòng)力，而地面人員輸入的方向校正量和推進(jìn)器參數(shù)則使用英制單位磅。

你可能會(huì)覺(jué)得奇怪，磅是重量單位，而牛頓是力的單位，應(yīng)該不能換算吧。

但美國(guó)就是這么神奇，磅同樣也是力的單位。

類似的單位換算問(wèn)題已經(jīng)被科學(xué)工作者詬病了多年，很多來(lái)自使用公制單位國(guó)家的留學(xué)生更是叫苦連天。

但對(duì)于這種混亂，美國(guó)的保守主義者認(rèn)為應(yīng)該保留原有的歷史習(xí)慣。

在崇尚自由的美國(guó)，公民既然有追求開(kāi)放的自由，也應(yīng)該有守舊固封的自由。

追求自由并非在哪都是合乎情理的，至少在計(jì)量單位制度這里，它不是。

*參考資料

邱隆,蘇紅.歷史的缺憾——美國(guó)采用國(guó)際單位制的被動(dòng)和尷尬[J].中國(guó)計(jì)量,2006(06):45-48.

王彥敏.淺談國(guó)際單位制[J].物理之友,2015,31(11):17-18.

趙曉軍. 中國(guó)古代度量衡制度研究[D].中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué),2007.

Manasa Kashi. The Length of Things. medium.