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计量单位可以随意制定——但你也可以从零开始，重新制定本书中的标准计量单位

所有的计量单位都可以随意制定，不过，绝大多数人 都认为，你选择的单位至少应该符合实际，具体来说，单位尺度应该可视化、直观化、符合人们的认知，而且应当便于那些被困在遥远过去的人们复原和再现。因此，在本书中，我们使用公制单位（以十进制为基准）和摄氏温标。这样一来，无论你被困在哪个历史时期，都可以复制这些计量单位。你需要的全部工具就是 这本书以及一些水 。

摄氏温标是这样定义的：先将水结冰时的温度设定为0℃，再将水沸腾时的温度设定为100℃。如此一来，无论处在哪个时期你都可以轻而易举地复制出这个温标：只要先在你的温度计上画上0℃点和100℃点，再将这两点之间的长度均分成100份，就可以做成一个温度计了。 摄氏温标有个“竞争对手”，那就是华氏温标。与摄氏温标不同，华氏温标的发明者华伦海特将一块特殊的冰水盐混合物的温度设定为零度。有关华氏温标的其他情况，在此就不详细展开了，你可以自行了解。我们只需要知道在华氏温标下，水的熔点大概为32℉，沸点大概为212℉。 你可以比他们做得还好。 如果你不希望温度表示中出现负数的话，还可以用开氏温标。开氏温标其实和摄氏温标并没有什么大的不同，只不过0 K = –273.15℃，这个温度是宇宙中的理论最低温度，亦称绝对零度。在开氏温标下，水的熔点是273.2 K，沸点则是373.2 K。

好了，温度的计量问题解决了。

质量的基本计量单位是千克。直到2019年，千克的定义仍旧是实实在在的。 在我们这个世界的许多地方都完好保存（在钟形罩中）着一块铂铱圆柱体，它的物理质量就是1千克。这样一来，大家就可以指着这块金属说：“这块东西有多重，1千克就有多重。” 这件铂铱圆柱体的原品藏于巴黎，出于安全和便捷的考虑，还有数十件复制品散布在世界各地。毕竟，如果这个质量标准器只有一件的话，万一有人精心策划了一场大劫案，盗走了这件标准器，整个世界就都无法确定1千克究竟有多重了。

除了质量标准器有可能被盗走之外，这种质量计量方式还有一些其他缺点。那些备份的质量标准器需要不时地送回法国以确认它们是否仍是精确的1千克，而且答案是否定的：它们不再是精确的1千克了。随着时间的推移，保存在世界各地的质量标准器的质量都开始慢慢发生细微的变化，于1884年首批浇铸的40件标准器也是如此。并且，哪怕在发明了时间旅行之后，我们还是不知道为什么标准器会出现这种质量变化。 更糟糕的是：我们现在所做的质量测量都是通过和这些标准器的质量比较所得的，且这些测量结果之间全部都相互关联。这就意味着，我们测量得到的所有这些“千克”都完全有可能增加或减少质量，并且每次测量的质量偏差均各不相同。在公制单位中，千克居于核心地位，它在力学单位（牛顿）、气压单位（帕斯卡）、能量单位（焦耳）、功率单位（瓦特）、电流单位（安培）及电压单位（伏特）的定义中都起到了举足轻重的作用，更不要说从这些单位中衍生出来的相关单位了。因此，你现在应该不难明白为什么质量标准器的一点儿细微变化都会牵一发而动全身了——官方给出的“千克”的质量哪怕只发生了一点点的改变，都会重新定义遍布数个计量领域的无数种其他单位。

幸运的是，对被困在过去的你来说，在很长的一段时间内，你都不需要如此精确的基本单位。你可以简单地把4摄氏度下，1 000立方厘米水的质量视作1千克。现在，你已经有了水，也有了温度计量方法，只要知道1厘米是多少就可以轻松地定义1千克了。

在此之前，让我们先来学习一些术语。所有公制单位的尺度都基于10的幂次放大或缩小，这点可以用单位的前缀来表达。下面就是一些常用的前缀，按照由小到大的顺序排列：

所以，1厘米就是1米的1/100，这点从“厘”这个前缀就能看出来。与之类似，“千米”这个词告诉我们，这个单位是1米的1 000倍，也就是1 000米。我们通常把米这个单位缩写成“m”，于是厘米的符号就是“cm”，而千米就是“km”。那么，1米究竟有多长？

米的概念最早出现在1793年，其定义为“从赤道到北极点的距离的一千万分之一”。1799年，科学家又用一个实实在在的物质原型（和“千克”一样）重新定义了“米”。到了1960年，“米”又被重新定义为“氪的某种同位素的射线波长”。1983年，科学家又用“真空中的光在1/299 792 458秒内传播的距离”再度重新定义了“米”。考虑到你目前的状况，你很可能已经注意到了，这些定义对你来说完全没用，甚至在某种层面上让你更加头痛了。幸运的是，我们也注意到了这点，所以，我们在本章展示了一把使用方便的10厘米的尺子，还在本书的包封内附上了一把可能更好用的10厘米的尺子。这样你就不会搞错了。你可以从这两把尺子出发，制造一把精确度很高的米尺。

你现在已经有了长度、质量和温度的标准计量单位，唯一一个尚未定义的基本量就是以秒为单位的时间了。坦白地说，秒的现代定义有点儿滑稽，它是这样的：“铯133原子基态的两个超精细能级之间跃迁产生的辐射的周期长度的9 192 631 770倍。”虽然这个定义是难懂了些，但你凭直觉就可以知道1秒究竟有多长，而你需要的只是一个方便使用的参考系。要想在没有铯133原子的情况下，制造出一个可以反映1秒有多长的仪器，你得先造出一个简谐振荡器——用非时光机修理语言来说，就是“在绳子上系块石头”。

系在绳子上的石头可以自由摆动，这就形成了钟摆。事实证明，地球上任何钟摆（不管重量如何）从一头摆到另一头的时间就是1秒，只要这个钟摆的长度是99.4厘米。而且，无论你在松手之前把摆锤拉到多高的位置，松手后钟摆摇摆一次的时间总是相同的。这个绝妙的性质让我们测量1秒有多长的实验开展起来无比容易。1602年，一个名叫伽利略·伽利雷的家伙发现了这个性质。不过，现在你也可以获得这个荣誉了——在这个时间线上，这个性质是你发现的了！

正如我们之前看到的那样，我们可以基于这些基础计量单位构建出其他单位。我们已经有了质量单位和长度单位，但要想测量体积的话，还需要引入“升”这个单位。这不难，一升就是一个边长为10厘米的正方体的容积——当这个正方体里灌满4℃的水时，这些水的质量就是1千克。你可能还想去测量声音的频率，这也很简单，测量每秒钟振动的次数就可以了。1赫兹（Hz）的意思就是每秒完成1个周期的振动，所以如果频率是20Hz的话，那就意味着每秒钟振动20次。在物理学中，以1米每秒的平方的加速度加速1千克质量的物体所需要的力就是“1牛顿”，该物体在这种状态下运动1米所吸收的能量就是“1焦耳”，而1瓦特就是每秒1焦耳。这些单位也许看上去很抽象，但它们会在你之后发明的一些技术中派上用场。

有了这些，本章中的这把厘米尺能够解锁的基本计量单位就不止长度了，还有体积、质量、力、能量，以及时间本身。如果你要把这本指南当作卫生纸（当然你不应该这么做，为什么你会想到这么干！用别的东西吧）的话，也许你应该把包含厘米尺的这一页放到最后再用。