一米到底有多長?

科學是從定量的概念發展出來的,衡量一個目標的多少、大小,最關鍵的動作就是測量。測量的邊界就是存在的邊界,測量的準確就是對“存在”最嚴謹的定義。

這個系列我們講的是科學思維中的嚴謹,這種嚴謹首先體現在測量這個活動上,這話說的有點虛。那現在我問你兩個問題,你就知道嚴謹是一種什麼思考方式瞭。比如說:

1米到底有多長呢?

溫度計上顯示的24攝氏度是溫度本身嗎?

這兩個問題我會在後面仔細地講給你,如果一個人在沒有刻意準備的情況下,可以說出米、秒、千克的來由,那他就已經有瞭成為大科學傢的思考習慣瞭。

可以這麼說, 測量的極限就是一切事物存在的極限 ,我們通過這一系列的課,會知道很多常用單位的由來,也會知道世界上是有一個專門機構管理米、秒、千克、安培、摩爾、開爾文、坎德拉這些物理單位的,它就是國際度量衡委員會。

而剛剛我說的這7個單位,是目前國際單位制中的7個基本單位,科學傢描述世界最基礎的語言就是由它們之間加減乘除得到的。

混亂的度量衡

米這個單位到現在,除瞭頑固的美國人在生活中不太用,已經是全世界公認的長度單位瞭,但在1840年之前是幾乎沒人用的,甚至科學傢們也是這樣。

那個時候,他們各自用各自習慣的單位,研究科學史的人曾經統計過,1789年法國大革命之前,當時法國人用到的度量衡標準超過2萬種。

就連一個普通的村民都有可能用3種不同的重量單位來交易同一種商品。比如同樣是一袋面粉,在市場裡買賣用一種,給教會交“什一稅”是另外一種,給地主付費又是一種。

這種情況,不隻發生在農村,在巴黎的市中心都是這樣的,這些常用單位,行業協會制定一份,巴黎市政廳制定一份,造幣廠制定一份,教會制定一份,有人用十六進制的,有人用六十進制,有人用十進制。

雖然這樣混亂的計量單位用起來很麻煩,但是因為當初各自制定規則的時候,都是傾向於自己,有利於自己的,所以到後來誰也說服不瞭誰。

法國大革命

最終能改成大傢統一的標準,撬動瞭利益板塊的是法國大革命。這場革命意義深遠,可以說現代社會的很多運行體制都是在這場革命中誕生的。

對於單位制來說也是這樣的,當時的法國人民帶給路易十六的請願書裡,表達瞭幾個最最強烈的意願,他們希望:

隻有“一個上帝”,隻有“一個國王、一部法律、一個重量和一個尺度”。

看到最後兩個要求,都不得不感嘆法國民眾的素質,那已經是1789年瞭,在這之前,法國有一種特有的傳統文化,大約延續瞭300年之久,那就是數學。

所以,在構建一個新世界的訴求當中,民眾強烈地希望統一度量的單位。

長度單位的新定義

1800年,拿破侖上臺之後,法國科學院提交給他一份關於1米有多長的文件,在這一版的內容中,長度單位定義的方式跟從前有瞭巨大的差異。

那從前是什麼方式呢?

有很多,比如說人的胳膊伸出來有多長,那就以它為單位,或者人的手掌張開有多長,人的一步可以邁多遠,或者扔一塊石頭可以扔多遠,拿這些作為長度的基準單位。

但是拿破侖看到這個版本裡寫,1米等於地球大圓的1/4的1/1000萬,也就是從赤道到北極這個距離的1/1000萬。

不知道各位看到這個定義是什麼感覺?

我的感覺是,這句話背後已經有瞭無數個鋪墊性的工作,能說出這樣的話,需要做好幾樣工作。

第一,就是得確認地球大概是一個球體,這個工作是從15世紀開始做的,那時候不斷地有航海傢來幫忙總結出這一點。

第二,就是各種標志性距離的長度,比如說地球的周長是多少,從北極點到赤道的距離是多少。

第三,就是確認地球不但大致是一個球體,而且還是一個非常均勻的圓球體。

確定地球大概是一個球體的故事咱們不多說瞭,因為各種航海傢探險的故事裡已經很多瞭。

測量地球有多圓

我們來說說離拿破侖看到米這個定義最近的一次鋪墊工作,那就是如果把地球看作是一個球體,那它到底有多圓呢?這個怎麼測呀?

方法就是分別測一下赤道附近一個緯度的長度,跟北極附近的一個緯度的長度,看看這兩個長度是不是一樣。如果赤道的短好多,就說明地球非常扁。

這個工作最早是由法國科學傢德朗佈爾跟安德烈·梅尚做的,他們分別是在法國最北端的敦刻爾克,跟當時法國最南端的巴塞羅那測量過。

從結果看,地球應該是很圓的,但是因為這最南跟最北相距太近瞭,如果這個最南能更靠近赤道一些,這個最北能更靠近北極點一些,那就好瞭。

於是後來法國科學院就組織瞭一次聲勢浩大的測量活動,兩支隊伍,一支奔北極,一支奔秘魯,實驗目的就是要分別測一測1度的緯度有多遠。

去北歐的那一支,帶隊的是法國科學院的院長大人莫佩爾蒂,這個院長很會調配資源,安排隨隊的天文學傢叫攝爾西烏斯,他是做向導的,人傢老傢就是瑞典北方人,所以隊伍進瞭北極圈之後該怎麼行動,那是非常有經驗的。

攝爾西烏斯,它的英文是 Celsius,這個詞就是攝氏度的意思。沒錯,他本人就是因為發明瞭溫度計跟溫度的現代定義,所以後人一直用攝氏度來紀念他。

雖然這一路是非常艱辛,但總算是順利弄完,兩年後測量的結果以當時的單位是57422尋(Toise)這個單位,然後全員就返回瞭法國。

可是另一支隊伍去瞭秘魯,完全不同的命運,領隊佈格,這人本身就不太靠譜,到達南美洲之後,當地發生瞭部落戰爭,他們沒法前進就駐紮瞭。在駐紮期間,佈格跟當地的幾個土著女子亂搞,捅瞭馬蜂窩,當地人就奮起反抗,殺瞭幾名船員和一個隊醫,後來總算雙方和解瞭。

這位佈格現在是沒人聽說過,當年也是很出名的,因為他曾經獲得過法國科學院有一年的有獎征文的第一名。

法國科學院對科學傢的資助方式就是每年的有獎征文,年年有,所以獲獎也不稀奇。但那一屆是比較特殊的,因為他排名第一,排名第二的是當時隻有19歲的歐拉。

當年他們解決的是什麼問題呢?

就是帆船上那個裝帆的桅桿,應該裝在什麼位置,這個船才能航行得最快呢?當時佈格是第一,歐拉是第二,這個也算是佈格的幸運。當時歐拉隻是一個19歲的少年,並且歐拉在那之前,從來沒有見過帆船,也不知道帆、桅桿都長什麼樣。

咱們話說回來,這支去秘魯的隊伍,他們測量的過程很不順利,有一個得力幹將在半途還跟秘魯當地一個13歲的土著女孩兒私奔瞭。

經過瞭兩年多的時間,他們也測到瞭結果,到此為止,本該回法國去瞭,但是隊裡又起瞭內訌,隊裡的領隊跟副領隊對回程應該怎麼走大打出手,結果這個隊伍一分為二,各走各的,補給就不足瞭。

佈格後來又花瞭1年多的時間,跌跌撞撞地回到瞭法國,把結果“56748尋”帶給瞭法國科學院。

而這個副領隊拉康達明走錯瞭路,誤入瞭亞馬遜叢林,一而再,再而三地迷路、生病,差點就病死在毒蟲猛獸遍地的原始森林裡瞭。拉康達明花瞭7年的時間才輾轉回到瞭法國。

這位英勇的科學傢回到瞭傢,卻沒有受到歡迎,因為所有的親戚都以為他已經死在南美洲瞭,所以幾年前就已經給他辦好瞭喪事,傢產也給分瞭。拉康達明隻好是死而復生,重新做人。

他在這7年也不是渾渾噩噩過來的,當初之所以要走那條路,就是希望能借這次難得的機會收集一下南美的動植物標本,他在那幾年收集瞭無數歐洲人聽都沒聽說過的標本。

比如說,後來成為工業最重要原材料的橡膠,就是由他第一次帶回歐洲的,他帶回的 N 多素材,後來還成就瞭法國博物學傢佈豐寫的那本書,叫《自然史》。

米制的確定

那麼200年前,法國科學院遞交給拿破侖的那個米的定義到底準不準呢?

以現在對地球的測量結果看,那個時候的1米比現在的1米長瞭1.9毫米,這個精度放到現在隻能用在生活裡買衣服、買鞋,哪怕是搞一些中學的物理實驗,這個精度都不一定夠。

但是誰能想到,當年為瞭確定這一步,花瞭 N 位大科學傢不知多少的心血。

拿破侖當時拿到這個結果非常高興,一向驕傲的拿破侖評價單位“米”的誕生,他是這麼說的,說:

統治會更迭,但這項工作會永存。

如果咱們參考拿破侖這個人的性格,這樣的評價可算是高到天上去瞭。之後,這個標準就在全國推行,采用新的十進制的米制。

可是現實是殘酷的,新的單位制因為從來沒有參考過任何人的利益,可以說得罪瞭所有跟制定標準有關的機構,所以後續產生的阻力是非常大的,甚至在米制推行瞭10幾年之後,連拿破侖本人都受不瞭瞭。1812年的時候,拿破侖下令,恢復舊的單位制,可以跟米制共同使用。

不過幸好,10幾年的時間,還是讓科學界跟進步的階層嘗到瞭甜頭。所以大約在1840年的時候,也就是在咱們這兒還是第一次鴉片戰爭的時候,法國最終廢除瞭所有舊的度量,統一隻用米做基本長度單位。

所以1米有多長,在科學發展過程中第一次得到可靠的結論,就是赤道到北極距離的1/1000萬那麼長。

從確認地球是球體,到測量出地球的各種特征尺寸的參數,到確定地球到底有多圓,這中間不但有各種航海傢、天文學傢,甚至連科學院的院長都親自出馬去參與。可以說,每一步的推進過程沒有一個猜測是輕松得到確認的。

发表回复

相关推荐

一葉落盞,傳承千年之美

築夢茶鄉 福地湄潭 湄江印象 隻為一杯好茶奇巧之器,不一定都來自於匠人的巧思,有時候,它會在偶然中誕生。千年前,一片桑...

· 7分钟前

2023除濕機推薦!傢用除濕機,閉坑+選購指南!附美的、小米等不同型號除濕機效果對比

如果你不註意防范,患上類風濕性關節炎的風險就會增加。傢裡衣物總是晾不幹,被子濕漉漉的,地板和墻面滿是水跡,空氣中還有...

· 8分钟前

氣門嘴老化危害大 小小氣門嘴隱藏爆胎高風險

一大早接到客戶劉先生的救援電話,原因是客戶早上上班倒車的時候發現倒不動,下車一看,右後方輪胎徹底扁下去瞭,於是撥打瞭...

· 8分钟前

剪絆舌(舌系帶矯正術),孩子該不該挨這一刀?

在中國,無論是綜合性醫院口腔科,公立口腔醫院,兒童醫院,婦幼保健院,還是民營口腔醫院,每年都會給大量的嬰幼兒剪"絆...

· 10分钟前

妙芯的五行罡步圖及金行位的站樁修煉

鏡心道長上節課講瞭靈魂矩陣的修煉方法,太一樁。這節課來講五行罡步圖及金行位的站樁修煉。上節課我們講瞭,我們需要把靈魂...

· 10分钟前