人类生活在三维的空间里,空间反映了物质运动的广延性或者说延展性。空间中两点之间的距离为长度,那么人们是怎样测量长度的呢?你可能会说拿把尺子来测量一下,但是尺子上的那些刻度又是怎么来的呢?
其实任何长度的计量都是通过与某一个长度基准比较而进行的。在最开始选择基准长度的时候,人类往往选择与自身大小差不多的,例如中国古代的尺寸等等。后来为了能够在不同国家地区之间确定一个共同的基准长度,人们选择了米作为国际单位制中长度的基本单位。
国际上对长度基准米的定义做过三次正式的规定。在1792年~1799年之间,法国科学院测量计算了通过巴黎的子午线从北极到赤道之间的长度,并以这段长度的千万分之一定义为米,但在这基准确定之后,许多精确测量都表明这基准和所要表达的值略有差异,差了约0.23mm,相对误差约0.023%。
格林威治子午线
19世纪80年代出于对精确度的要求,召开了一系列的国际大会来设计新的米标准。在1889年的第一届国际计量大会上,规定将保存在法国塞弗尔国际计量局中的铂铱合金棒,在0℃时两条刻线的距离定义为以米,这是长度计量的实物基准。但实物基准很难保证不随时间改变,也很难防止意外,如被战争,地震或其他灾害所毁坏。
物理学家就想到用长度的自然基准代替实物基准。在光干涉技术发明以后,人们可以将实物的长度与光的波长进行比较。1960年第11届国际计量大会上,决定用氪86原子的橙黄色光波来定义米。规定米为这种光波长的1650763.73倍,其精度为,实现了长度的自然基准。但是氪86不易取得。
随着科学的发展,人们发现在任何惯性系中,真空中的速都是相同的。逐渐倾向于用光速来重新定义米,远优于氪86对米定义的精度。在70年代光速的测定已经非常精确,1983年10月第17届国际计量大会又通过了新的规定,米是光在真空中秒的时间间隔内走过路程的长度。
平时我们还会接触到一些其它的长度单位,都是基于米而衍生出来的。方便人们对不同的空间尺度进行计量。
对小尺度空间测量,常用单位有
毫米(mm) 1mm=m=m,10mm=1cm
微米(μm) 1μm=m=m
纳米(nm) 1nm=m=m
对大尺度空间测量的单位有
千米(km) 1km=1000m=m,千米也叫公里
一个天文单位表示太阳与地球间的距离。用AU表示。
1AU=m
一光年等于光传播一年所经过的距离。用于宇宙星系尺度空间的计量。
1光年=m
总结
国际单位之中长度的基本计量单位是米。在此计量基准上衍生出了对于不同空间尺度的长度单位,它们之间的相互转换关系是物理学的重要基础。