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米这个长度单位,他是怎么来的

个问题:
一米有多长?
你笑了,不就是100厘米么

那一厘米有多长?
你脸上的笑容凝固了,因为你意识到这个问题可以一直问下去。并且想打我一顿。

全球各地的工厂怎么能保证一米的长度精准统一?
你皱起了眉头,松开了拳头。额。。用。。用尺子么。。

全球的尺子怎么做到刻度统一?
你沉默了。似乎问题并不简单。

没错,这个问题不简单。不仅不简单,还极度复杂。因为它直接关系到了人类物理学的发展。

没开玩笑。

今天,我们就来讲讲,一米到底有多长。

从头讲起吧!
话说最最开始的时候啊,人类祖宗们描述长短单纯靠比划。那棵树有多高啊?指指自己的屁屁,和我屁屁一样高!
虽然原始,但有效。因为这种计量方式是“真●触手可得”。你想想你自己是不是有时也会用这种方法来表达长度或者高度?比如这张桌子到我的腰,或者他个矮才到我的脖子等等。
但是这个方式有个缺点,就是不易沟通且极度不精确。甲跟乙说那棵树到我的屁屁,乙跟丙说那棵树到甲的屁屁,丙表示???甲的屁屁有多高??
于是慢慢的人类意识到了比划实在不靠谱。毕竟人有高矮胖瘦,屁屁和屁屁,哦不,身材和身材之间差距太大了。于是某一天,某位猿猴问出了这个问题:我们身上有木有长短都差不多的的地方啊?
周围猴群们表示666大圣你这个问题问得好,并且纷纷向他竖起大拇指。。。咦?大拇指?!
于是,计量单位的雏形诞生了——大拇指。这可是很了不起的进步,因为大拇指符合了那个时代人类对计量单位的所有要求:
1.比瞎比划精确多了。所有成年人的拇指宽度都差不太多。
2.足够小。那个时候的人类是不能理解小数这个概念的,也就是不能出现一个半,或者一个零三分之一这种东西。。。足够小的单位则能解决这个问题。
3.真●真●触手可得。

是不是很可笑?别笑,这就是inch。
没错,最开始的时候1inch的定义就是大拇指的宽度。
当然了,这是西方猴子们的故事,东方猴子们用的是从拇指到食指间的距离,也就是“乍”。我觉得东方猴子应该是互相比划开枪玩的时候意识到的。
嗯,应该没毛病。

我们继续往后说。
时光荏苒,岁月如梭。慢慢的拇指这个单位似乎也不够用了。精度似乎可以,但是在测量一些大的物品的时候则是很吃力。。。比如丈量土地。。。一群人用拇指量耕地。。。想想就霸气。而且几百拇指长短的东西已经精度感人了。以至于没有实际意义。
于是新单位(部位)出现了。脚。
不说大家也知道英文名是什么了吧,没错,就是feet。缩写ft。
这个单位的出现似乎证明了人类的一个进步,就是对小数的认知,而且可能出现了大单位+小单位的计量模式。毕竟那个时候没有科学计数法,我们需要一个大单位来应对日益增长的记量需求。
比如六脚加四拇指。。。。这个可比七八十拇指强多了。。。。
自然的,慢慢也就演化出了脚和拇指单位换算。这个没意思我们就不说了。

从那之后,整个西方世界都慢慢演化出了各个文明不同的计量单位。inch(拇指)和ft(脚)是运用的最广泛的。随着时间的推移,慢慢的各个文明的单位也有了较为精确的固定长度,终于不再是每个人通过自己的手指来定义了。不过,随着人类对科学的探索,对更加精确,更加统一的单位的需求不断上升。

让我们继续随着时间往后走。
额这一走就走到了1668年。。。
这个时代社会进步了,慢慢的人们意识到了计量单位的重要性。精度慢慢成了单位最重要的特性,而不是触手可得了。而且定义一个高精度单位似乎比想象的更复杂。我们去哪里找一个精度高而且不论时间还是空间跨度上都不会变化的“基础长度”呢?人体肯定是没戏了,于是人类转向了物理学。
1668年,英国人John Wilkins提出了个很厉害的定义方法:利用钟摆运动。
众所周知,钟摆运动中,周期只和钟摆长度有关系。于是,John定义到:一米的长度,是一个两秒钟摆的钟摆长度。
哇!新世界有木有!比拇指啊脚啊啥的一下子高大上了好多啊!而且这个“米”是人造的概念,而不是现实生活中存在的东西,这说明人类认识世界的方法有了质的飞跃。(从认识世界到理解世界)
不过这个钟摆的定义方法也有瑕疵,那就是钟摆运动仰仗重力,而不同的地理位置的重力加速度,也就是g,会有些许区别。所以如此定义的一米在精度上依然不够。
于是在这之后,科学家们进行了许许多多的尝试定义,有利用地球自转角度的,有进一步发展钟摆定义法的等等等等。
之后就来到了法国大革命。法国人一怒之下给出了他们的定义:一米的长度,就是北极点到赤道的距离的一千万分之一。额。。。大家都知道地球并不是一个标准的球体,所以这种定义方法自然也是不靠谱的。不过由于大革命,法国人的这个想法还是得到了大范围的传播,毕竟那个时候没人知道地球是不标准球形的。
之后就到了1867年,柏林举行了第二届国际测量大会。在大会上,根据不同国家对米的定义和对地球的形状的测量,一个“世界标准”的米,出现了。也就是整个西方世界,终于统一了一米的长度。(秦始皇表示你们这些个渣渣)。。
即使统一了标准,以地球形状定义出来的米还是浑身散发着不靠谱的气息。于是,人类回归了物理定义法。
十几年后的1893年,在人们对光有了初步认识后,有人提出,我们为什么不用光的波长来定义长度呢?说着简单实践起来复杂,一晃就到了1960年。人类终于第一次定义了长度的科学单位(SI Unit):一米,等于1650763.73倍氪-86元素在真空中放射的电磁光谱里呈橙红色的光线的波长。
看着这里面复杂词汇,你就知道为什么人类用了六十多年才定义出这个东西。。。。

好到这里我们来休息一下,如果我们细细整理下人类发展和对单位定义的关系。你会发现,计量单位定义的历史,就是人类对世界认知的历史。也是人类不停的再这个变化的世界里寻找永恒定量的历史。从手指到钟摆,从地球的形状到光的波长。每一次定义,都是人类文明的一大步。
想一想,还是蛮感慨的。

好了,我们接着说这个一米的定义,没错,这个故事还没有完。
就像之前所有的定义一样,光的波长定义依然不够精确。只不过这里的“不精确”,已经不是我能给大家讲明白的了。不管怎样,人类,又一次迈出了前进的步伐。
1983年十月二十一日,重量与测量会议使用了人类目前为止发现的物理恒量——光速对一米进行了定义:一米的长度,为光子在真空中一秒钟移动距离的299792485分之一。
这一年,央视举办了首届春晚。中国都已经改革开放了。

是不是很唏嘘?已经是我们的年代了,但是如此一个最最基本的长度单位,一米,人类依然不能精确定义。

我为什么说依然不能精确定义?

我们来到了2002年。
广义相对论证实了光速不恒定。也就是光速定义法依然是不精确的。
那么如何精确定义一米的长度?不知道。

即使在今天,你问我一米有多长?我也不知道。

今日,人类依然在探索的路上。

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