計量單位的趣事（二）
天津科普說
帶你開啟精彩科普旅程！
之前我們談論到人們使用長度單位的混亂
那麼
到底怎麼解決呢？
混亂的局面最終是靠法國人終結的。
1790年，法國已經經歷了啟蒙運動的理性主義思潮，此前依靠人體部位或常見物定義的計量單位已經不能滿足時代的需要了。
於是法國科學院建議以地球作為標準物重新定義基本長度單位，以通過巴黎的子午線四分弧長的一千萬分之一定義新的長度單位米。
說起來輕巧，可實際測量卻並不容易。
法國人花了整整7年的時間才量出了穿過敦刻爾克到巴塞羅那那條子午線的弧長。
並且用鉑製作了一根標準米尺作為標準參照物，稱作米原器。而這時候英國人甚至還沒有給出英尺的標準長度。
初代鉑制米原器
基本長度單位米誕生之後，很多單位也以它為基礎重新定義了標準。
首先是以十進位為基礎導出了很多一套長度單位，包括我們熟悉的厘米、分米、千米。
再以長度單位定義質量單位千克，即是一立方分米（一升）的純水在4攝氏度時的質量。
1875年多國簽署「米制公約」
法國人提出的這種方便和合理的計量單位系統很快得到了歐洲各國的積極採用。
那時候英國國力強盛，很多國家不得不採用英制單位來進行生產製造。
但英制單位的換算麻煩，商家經常會以換算為借口偷工減料，類似現在把1000MB當做1GB。
米制單位系統基本都採用十進位換算，計算方便的同時也更加精確，自然很快得到了推廣。
19世紀中期的普魯士工廠
然而，當米制單位系統推廣開來時，我們的科學對單位的精度有了更高的要求。
法國人製作且沿用了近一個世紀的米原器很難滿足時代的需要。
在1875年各國簽署了「米制公約」之後，又製造了一批精度更高的鉑依合金米原器，共31支。
新製作的米原器以及千克原器
第一屆國際計量對米給出的定義是：0攝氏度時，鉑依合金米原器兩端刻線記號間的距離。
然而，因為刻度線本身寬度的影響，這個米原器的精度實際上只能達到0.1微米，顯然算不上精準。
於是有科學家提出可以用單色光的波長來測量米原器，並用其波長的若干倍來表示米的長度。
這種方法顯然比以人造物為基準要更加可靠和穩定，只是受限於當時的技術，只被當做米原器的旁證。
之後米的定義又經過了幾次定義的修改，最終確定為
用宇宙通用的光速來定義米
。一米等於光在真空中299792458分之一秒內所經過的路徑長度。
看起來國際單位制的推廣與普及似乎終結千百年來的單位混亂，但其實混亂才剛剛開始。
1983年，加拿大航空143號班機因為燃料檢測棒出了問題，但又苦於沒有這種新機型的零件更換。
於是機長建議先應急用手工計算燃料用量，完成航班飛行再進行維修。
然而當時加拿大仍然在使用英制單位，並與公制單位混用。
原本要要加大概2萬千克的燃油，結果在換算成體積的時候工作人員把它當成2萬磅來計算，結果只加了不到一半的油量。
後果當然是飛機在空中飛了一半航程就沒油了，離最近的機場又還有百餘公里，根本不可能飛得到。
幸好機長想起附近還有一個廢棄的
基米尼空軍基地
，他曾經在那裡訓練過，可以緊急迫降。
然而，因為飛機高度太高速度過快，直接降落會出現危險，於是有豐富滑翔機駕駛經驗的機長決定先滑翔降低高度再降落。
可當飛機高度降低，機長卻發現這個空軍基地已經改建成了賽車場，看場面像是剛剛比賽完，觀眾都沒有散席。
萬幸，在前起落架沒有放下的情況下，機長還是成功迫降在這個空軍基地，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時民航滑翔飛行的世界紀錄，史稱
「基米尼滑翔機」
。
而作為第一批在「米制公約」上簽字的國家，美國同樣沒有能夠將國際單位制徹底推廣。
在英國人自己都已經拋棄了英制單位的情況下，美國卻依舊我行我素地以自由包容一切。
美國人的計量單位最早沿襲自英國，但獨立之後他們又逐漸發展出了一套自己的獨特（奇葩）計量單位系統。
美國車的速度表外圈單位是英里每小時，內圈則是千米每小時
他們修改了英制的一些單位，雖然叫起來名稱是一樣的，可是數值大小卻和原本的英制不再通用了。
比如美國人的盎司就堪稱混亂王中王。
英國人最早用盎司來作為酒的容量計量單位，1盎司等於28.41毫升。
而傳到美國之後，盎司被改成了29.57毫升。
除此之外，美國的盎司還被當做重量單位，用於重量較小物品的計量。
這還沒完，作為重量單位的盎司還分成多種，常見的有
常衡盎司、金衡盎司、葯衡盎司
。
這三種盎司的標準都不一樣，
所以在美國，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
美國英制公制混用的問題更是害得NASA損失慘重。
NASA的火星氣候探測者號斥資超過3億美元，花了一年時間才從地球飛到火星。
最後卻因為控制小組的成員混淆了公制單位和英制單位，直接導致探測器墜毀，3億美元打了水漂。
火星氣候探測者號上的飛行系統軟體使用公制單位
牛頓
計算推進器動力，而地面人員輸入的方向校正量和推進器參數則使用英制單位磅
。
你可能會覺得奇怪，磅是重量單位，而牛頓是力的單位，應該不能換算吧。
但美國就是這麼神奇，磅同樣也是力的單位。
類似的單位換算問題已經被科學工作者詬病了多年，很多來自使用公制單位國家的留學生更是叫苦連天。
但對於這種混亂，美國的保守主義者認為應該保留原有的歷史習慣。
在崇尚自由的美國，公民既然有追求開放的自由，也應該有守舊固封的自由。
追求自由並非在哪都是合乎情理的，至少在計量單位制度這裡，它不是。
（來源：中科院物理所）
※你知道電影票買哪個位置最好嗎？
※酒店的浴室為什麼大多是透明的?
TAG:天津科普說 |