计量基准经历了四个发展阶段

山西省能源产品质量监督检验研究院 刘全兰

计量基准经历了四个发展阶段

山西省能源产品质量监督检验研究院 刘全兰

计量是实现单位统一、量值准确可靠的活动。计量基准、标准是用以保证测量结果统一和准确的标准物质、标准方法和标准条件，从计量的发展历史看，计量基准经历了4个发展阶段。

第1个阶段是以自然物为计量基准

最初始的自然物是人体的器官，即用人自身的手足和手足的动作作为度量的标准。《孔子家语》说：“夫布指知寸，布手知尺，舒肘知寻(八尺)，斯不远之则也。”意思就是说中指中节上一横纹叫作一寸，拇指同中指一叉相距叫作一尺，两臂伸长得八尺，叫作一寻。

在我国有历史记载并比较有名的是大禹“以身为度”的故事。相传，大禹在治理黄河水患时，在疏通水道，引水入海的过程中需要对山川水势进行测量。规矩准绳就是当时最常用的测量工具。那么如何保证治水工程中规矩准绳计量标准的统一呢？《史记》记载：（禹）“身为度，称以出”。意思是大禹用自己的身体和体重定出长度和重量的标准，把他复制到木棍、矩尺和准绳上，测量长度、重量时就可以直接读数和计算了，治水工程即使在不同地区也可以复现和传递这个量了。

其实，在很多国家、很多地区，都有“以身为度”的历史记载。如英国在12世纪初仍以英王亨利一世（1100-1135年）鼻尖至指尖的距离定为一码，以自己的脚长来确定“英尺”的长度，“英寸”的标准则是英国国王埃德加（959-975年）的拇指关节长度。

第2个阶段是以人为物为计量基准

随着社会的发展，科技的进步，以人体等自然物为计量标准就难以满足经济社会生活的需要了，于是就开始人为制造一些计量标准物。

我国计量史上以人为物为标准器的经典作品是“新莽嘉量”。

在我国历史中东汉与西汉之间有一个短命王朝“新”，它是东汉权臣王莽创立的，王莽在篡夺东汉政权时，为了满足其托古改制的政治需要，征集当时学识渊博通晓天文乐律的一百多名学者，在著名律历学家刘歆的主持下，完成了中国历史中规模最大的一次度量衡制度改革。并监制了一批度量衡标准器，其中最著名的就是新莽嘉量。目前，还保存在台北故宫博物院。

新莽嘉量是一个五量合一的标准量器，其主体是斛量，另外还有斗、升、龠、合诸量。在嘉量的5个单位量器上，每一个都刻有铭文，详细记载了该量的形制、规格、容积以及与其他量之间的换算关系。

第3个阶段是以经典物理学为基础建立的宏观实物为计量基准

随着科学技术的进步和社会生产力的发展，计量基准已开始摆脱利用人体、自然物体等的原始状态，进入了以科学为基础的发展阶段。

1685年，英国物理学家牛顿完成了万有引力定律和机械运动三定律的论证和描述，建立起完整的经典力学体系。经典物理学为近代计量学的创建和测量技术的发展奠定了基础。在经典物理学的基础上，人们开始探索建立计量新的基标准。1795年4月7日，法国国民议会颁布新的度量衡制度：米的长度以自北极到赤道段经过巴黎的子午线的一千万分之一为标准，质量单位以1立方分米温度为摄氏4度的纯水在真空中的质量。并由此铸出了米和千克原器。此外，如时间：秒，电流：安[培]，热力学：温度开[尔文]，物质量：摩[尔]，发光强度：坎[德拉] 等计量标准也在经典物理学理论指导下得到了建立和广泛应用。

19世纪下半叶到20世纪上半叶，各国根据经典物理学的原理，用某种特别稳定的实物建立起了实物计量基准，使基本单位的量值由实物计量基准复现和保存。

第4个阶段是以量子物理学为基础建立的微观量子基准

为了解决实物基准不易保存且准确度存在一定局限的问题，20世纪下半叶以来，计量科学研究者与物理学研究者紧密合作，使计量单位的定义逐步抛弃实物基准，更新在以量子物理学为基础的基本物理常数上。从目前的物理学知识来看，这些基本物理常数不随时间和地点的变化而变化，原子的量子特性都可以在任何时间、任何地点用原理相同的装置重复产生，从而完全解决了实物基准存在的问题。

目前，现行国际单位制(SI)的7个计量基本单位中除了千克(kg)还是以实物作为基准外，其他6个：米(m)、秒(s)、安培(A)、开尔文(K)、坎德拉(cd)和摩尔(mol)都已经利用以量子物理学为基础的基本物理常量和原子的物理特性作了更新。例如1983年10月第17届国际计量大会通过了米的新定义：“米是光在真空中1／299792458秒的时间间隔内所经路程的长度”。