1.7 第一代米原器

在现代科学出现之前，人们没有办法制定真正恒定或普遍的测量标准，在人类历史上长期使用的都是基于实物而随意制定的测量标准。几千年来，由于我国强大的文明生命力，整个封建社会，长期处于大一统的中央集权治理之下，虽经改朝换代，长度测量标准略有变化，但基本保持稳定和统一，直到米制的到来。

在西方出现了不一样的情况，早期欧洲包括长度标准在内的度量衡制度五花八门，纷繁复杂，人们对基本度量衡单位的起源一直争论不休。15世纪，欧洲不同国家和地区都在按各自的方式接受罗马计量单位，同时根据本地的需求和条件，对测量标准和名称进行改动。欧洲各国都有各自不同的商业环境，迫使人们不断适应和发明各种测量标准。

到了18世纪，西方资本主义处于鼎盛时期，国际交流日益频繁，科学技术突飞猛进。在第一次工业革命的浪潮下，欧洲的工业作坊对机器的依赖越来越多，包括蒸汽机、座钟、印刷设备等，复杂机械的普及对制造和维护的精度要求越来越高，从而导致对精密测量设备的需求。旧有的杂乱的计量标准成为沉重的负担，人们对测量的准确性、统一性的要求与日俱增。

17世纪法国科学院和英国皇家学会成立后，就开始向这个方向探索，在某些阶段这两个机构一起合作，试图找到某种恒定的现象，用于评估各种计量标准的精度，能够在各种计量标准遭到损坏、丢失、破坏后重建这些标准。

当时有两个候选对象，第一个是秒摆，往一个方向摆动一次用时1 s。

大约在1582年，年轻的伽利略就注意到教堂吊灯摆动的周期看起来与摆动的幅度或所悬挂的重量没有关系，只与摆长有关。这意味着，只要摆长相同，在地球的任何地点放置的秒摆，只要不受其他因素的干扰，摆动时间会完全相同。在伽利略时代，就有人注意到使用钟摆来定义长度单位标准的可能性。首次提出使用钟摆来定义长度单位这一想法的人是克里斯托弗·雷恩，其想法记载于1660年英国皇家学会的期刊中。这种标准与我国古代以黄钟累黍所制定的标准有着异曲同工之妙。之后不久，约翰·威尔金斯提出了一套系统的建议，即以1 s所对应的钟摆长度为长度单位的基础，并确立十进制的大单位和小单位。

另一个候选对象是地球子午线圈，或者说是穿过地球南北两极的大圆。也有人提议采用环绕地球赤道的大圆，不过丈量赤道难度更大，赤道仅仅穿过个别国家，而子午线圈却能穿过每一个国家。

1791年，法国科学院最终决定采用经过巴黎的子午线圈的长度的四千万分之一作为长度单位，并称之为“米”，这一称谓源自希腊语密特隆（metron），就是测量的意思。

法国科学院试图让其他所有国家都接受这样一个新的长度标准。1778年，为了推广新的测量标准，法国政府邀请其他国家参与完成新的计量制，总计有11个国家参与，共同研究创建新的计量标准。1799年，与会者形成了一份报告，确定了1/4个子午线圈的长度，“米”的长度基于这一长度数值。新标准用金属铂制成，标准米的名称为“米原器”，并交给了立法机构，这就是第一代米原器。

在法国科学院的努力下，欧洲终于迎来了基于大自然本身的测量标准。科学家们在会后感叹：“即使发生吞噬大地的灾难，或者电闪雷击摧毁了创立的标准，我们的工作也不会白费，我们可以重建呈现在大家眼前的标准。我们应该上升到保护宗教的高度来保护这个标准。”从那以后，这个标准成了人们熟知的“米”的存档样本。

地球仍然不是最好的标准，不过暂时就这样吧！

1870年，现代科学最伟大的物理学家之一麦克斯韦在谈到测量基础时表示，“归根到底，地球的尺寸及其旋转时间，虽然相对于我们目前的比较方式还是比较恒定的，但在物理的必然性方面则不然。地球可能会因为受冷而收缩，或者因为落下的陨石而变大，又或者其自转速度可能逐步变慢，虽然它仍是一个基本与之前一样的星球，但是一个分子，如氢气分子，如果其质量或振动时间发生极其微小的变化，就不再是氢气分子了。因此，如果我们希望获得绝对恒定的长度、时间和质量标准，我们就不应该从我们星球的尺寸、运动或质量中去寻找这些标准，而是应该从那些永恒的、固定不变的以及完全相同的分子的波长、振动周期和绝对质量中去寻找”，他在《电磁学通论》一书中也明确指出，米实际上并不是子午线圈的四千万分之一，事实上只是保存在巴黎的某种标准长度而已。“这一标准米从未依据新发现的以及更为精确的地球尺寸进行校准，子午线长度反而是根据这一米原器来估算的。”

尽管人们已经意识到，取地球子午线圈的长度作为长度标准存在问题，但是当时的科学技术水平，还不足以实施麦克斯韦的想法，无法找到更可靠的标准。而且，当时的情况，相对于稳定的标准而言，在国际实现标准的统一显然更加迫切。

1872年，国际米制委员会召开，30个国家出席了会议，成员们建议建立一个真正的国际组织，即“国际计量局”，负责制作和保存新的标准具，校准其他国家的器具，开发相关仪器，并规定每六年举行一届国际计量大会。

1875年5月20日，包括美国在内，17个国家签署了米制公约。尽管协议并没有提到关于自然标准的想法，但是这远没有达成世界性的统一标准重要。《自然》评论说，最重要的是，全世界共用一个米，分发给各国的所有复制品应当与标准具完全相同。

1886年，一家法国公司将一些合金材料切割成米制标准具的长度，国际计量局的科学家们从中挑选出标准具——国际米原器。这是法国人制造的第二代米原器，仍然与第一代米原器等长，但是更换了制造材料，使用了更加坚硬的铂铱合金，结构上也进行了调整，截面设计成了稳固的X形状。

1889年，国际计量大会召开，承认不再以穿过巴黎的子午线圈的长度的四千万分之一作为米的定义，而是直接采用之前的第一代米原器。这样，长度标准又从自然标准退回到以人造物为标准。但是人类向自然标准的追求并没有停止。