回眸｜从地球子午线到光速：“米”的定义变革史
回眸｜从地球子午线到光速：“米”的定义变革史
在1791年的3月25日，法国定义“米”作为基本长度单位。米是世界上用得最广泛的长度单位之一。有趣的是，长度单位“米”的定义与地球的周长，甚至和法国大革命的关系也十分密切。
法国大革命胜利后，国民公会令法国科学院组织一个委员会来制定标准的度量衡制度，长度单位“米”由此诞生。
1875年，“米”成为了国际长度单位，促进了全球工业生产、科研和日常生活的标准化。其诞生不仅是度量衡改革，更是人类追求理性、公正与秩序的象征。
“米”的诞生
18世纪末的法兰西，正当法国资产阶级大革命如火如荼之际，一场静谧而深远的变革正在度量衡领域悄然上演。1791年3月25日，这一天对于人类文明的计量体系而言，是一个划时代的日子，因为法国国民议会正式采纳了一个全新且极具科学精神的长度单位——“米”。
18世纪工业革命之后，随着蒸汽机时代的到来，国际贸易和国际交流更加频繁，这使得人们需要一种新的长度单位。
法国大革命不仅是政治体制上的革新，更是社会生活全面现代化的推进器。在这个背景下，建立统一、精确且普遍适用的度量衡体系成为实现公平交易和社会管理现代化的重要基石。受启蒙运动中理性主义的影响，科学家们被赋予重任，他们构想并实施了一场关于测量基准的革命。
当时的法国度量衡委员会，在杰出科学家拉格朗日等人的领导下，提出了一个宏伟且充满诗意的设想：将地球自身的特性作为度量单位的基准。于是，他们将“米”定义为通过巴黎的地球子午线从赤道到北极点的距离的千万分之一，这是一个大胆尝试，它将自然界最宏大的尺度缩小至可触摸和标准化的实体单位。
但将理论转化为实践并非易事。为了将抽象的天文观测转化为实物标准，法国天文学家捷梁布尔和密伸领导了跨越法国及西班牙领土的实地测量，历经数载艰辛，终于在1799年铸成了一根象征着新长度单位“米”的铂金原器——档案米（后来证明它的实际值比定义值短约0.2毫米）。这不仅是一个物理标准，更成为了科学进步与工艺精准结合的象征。
国际米原器的复制品
“米”的影响力并未止步于法兰西大地。1875年的巴黎，国际度量衡委员会会议上，17个国家政府代表共同签署《米制公约》，标志着“米”正式确立为国际长度单位，成为现代国际单位制(SI)的基础。这一决定深刻地影响了全球工业生产、科学研究以及日常生活中的所有领域，促进了国际贸易和技术交流的便利化与标准化。
胜利如过眼烟云，但是这项成就会永存于世。——拿破仑
拿破仑曾这样评价将“米”作为基本单位的历史功绩。
但“米”作为国际单位制中基本的长度单位，其定义却经历了数次变更。
“米”定义的变革
后来，人们通过卫星的精确测量发现，从地球极点到赤道的经线长为10002290米，不是当时测量的10000000米，就是说长度标准单位1米比规定的长度短了0.02毫米。著名科普作家肯·奥尔德认为，这种误差是测量仪器表面细微磨损造成的。而且，即使没有测量误差，当时科学家们所制定的目标也无法实现，因为他们认为地球是规则球体的假设是错误的，地球并不是标准的球体。
时代的进步，使人们认识到以实物为基准的标准米尺，越来越难以满足精确测量的需要，于是一种不会损坏的自然基准便应运而生。
有人提出用原子辐射波长值取而代之的建议，因为它是一种固定不变的自然基准。不久发现新研制的氪-86低压气体放电灯，在一定条件下辐射出的橙黄光谱的真空波长值是个“定值”。1960年第11届国际计量大会决定废除国际米原器，将米定义为，氪-86原子的2p10和5d5能级之间跃过所对应辐射在真空中波长的1650763.73倍。这样米的准确度达到十亿分之四（4×10-9），它意味着在1000公里的长度上误差仅为4毫米。这是米定义的第二次变迁。
几乎与此同时，一种方向性好、亮度高、单色性强（相干能力强）的激光问世，其特性优于任何已有的光源。随着稳频和伺服技术的发展和应用，又使激光器输出频率的稳定性和复现性提高到百亿分之一（1×10-10），而后测得的真空中光速值为299792458米/秒，其准确度也比过去提高了100倍。
在这种背景下，1975年第15届国际计量大会提出，米的定义可以通过光速表示，并认为光速值保持不变对天文学和大地测量具有重要意义。这就是说，光速值不再是可测的量，而是固定不变的常数，长度则可以建立在以光速为常数的基础上，通过时间或频率确定。1983年第17届国际计量大会将米定义为，光在真空中，在1/299792458秒时间间隔内所行进路径的长度。这是米定义的第三次变迁。
2018年国际单位制重新定义之后，对米的定义的描述更加精准，且直接与铯原子能级跃迁的频率相关联。而且根据新的米定义，中国也正在积极开展基于光频梳新的米基准的研究。
以米为起点，而今的几何量计量体系正在尺度和维度上扩展，也为新一代国家测量体系的构建奠定基础。
“米”将智能化发展
正如大家所知，米定义的发展，推动了激光测长技术的快速发展，催生了高端制造业。当前，在智能制造背景下，对高端复杂制造系统的关键几何参数进行精准测量已成为必然要求。
据统计，到2017年，诺贝尔奖自然科学获奖项目中，有11%的项目因发明科学仪器而直接获奖，另外还有72%的物理学奖、81%的化学奖、95%的生理学或医学奖都是借助高精尖科学仪器来完成的。
未来，“米”的定义将逐渐向智能化发展，一方面是开展远程校准、工业现场原位溯源及数字孪生技术研究，实现扁平化、数字化的量值传递及网络化测量；另一方面，“米”的计量将深度融入智能化产业，如智能驾驶、增材制造、工业机器人、集成电路产业等，进一步推动计量技术从“米制”向“米智”发展，支撑人工智能时代的发展。
两个世纪以来对米的定义的变迁，既反映了科技进步对计量学发展的推动作用，也反映了计量学发展对科技进步的积极作用。