自古以來，人類在生產勞動中經常要對物體的長短、田地的寬窄、房屋的高矮，以及道路的遠近等進行長度計量，並且在這一過程中逐漸認識到長度計量標準的重要性。

於是，世界各地的人們根據自己的需要制定出不同的長度計量標尺。

最早的標尺大多以人體的一部分作為長度單位。

如古埃及人將手的中指尖到肘之間的長度作為1腕尺；

古代英國將成年男子一隻腳的長度作為1英尺，一節大拇指的長度作為1英寸。

我國古文獻《孔子家語》中也有：“布指知寸，布手知尺，舒肘知尋”的記載；

《小爾雅》中還有：“跬，一舉足也，倍跬為步”的記載。

很顯然，這些種類繁多且標準不一的長度單位，給生產勞動以及商品流通都造成了不小的麻煩。

因此，公元前221年秦始皇滅六國之後，首先要做的事便是制定各種標準，其中便有統一度量衡。

《史記-秦始皇本紀》中有記載：“一法度衡石丈尺，車同軌，書同文字”。

統一度量衡除了對生產勞動有著莫大的貢獻，在那個金戈鐵馬的時代，最重要的貢獻莫過於體現在軍事器械的標準化生產之上。

如箭簇是秦始皇兵馬俑中出土最多的一種兵器，這數萬個箭鏃都是按照統一的技術標準來進行生產的。

從外觀上來看，這些箭鏃的大小和形制幾乎沒有任何差異，經測量後，不同箭鏃主面寬度的平均誤差為±0.267毫米，主面長度的平均誤差為±0.572毫米。

要知道，這些箭鏃的寬度和長度分別為9.801毫米和27.586毫米，箭簇之間的誤差值竟然只有2%左右。

之後在兵馬俑發現的弩機也是按照統一的技術標準製造的。這些弩機的關鍵零部件都做了非常精細的打磨，平均誤差僅有±1.9毫米。其中的懸刀（扳機）、望山（瞄準器）等零部件都可以在不同的弩機中替換使用。

同樣令人矚目的還有戰車。兵馬俑中的戰車都是用木頭和金屬製造而成。由於受到過焚燒，再加上後來坑頂坍塌受到重壓，這些戰車在出土時都被擠壓在一起。

但是這些戰車的轂、牙、輻、衡、輈等零件的幾何形狀、表面質量和機械效能幾乎完全一致，因此同樣可以替換使用。

不得不說秦人的這種標準化生產是一項奇蹟。 在大約二千年之後，法國“炮兵之父”格里博瓦爾才提出了火炮標準化和零件可交換理論。

那麼，秦人究竟是如何在兩千多年前做到這驚人的標準統一呢？

這就必須說一說“物勒工名”的制度。

《呂氏春秋》中有：“物勒工名，以考其誠。”

意思是說每一件器物的製造者都需要將自己的名字刻於其上，以便檢驗產品質量。

但是秦國將“物勒工名”寫進律法來配合統一的技術標準來執行。

當“一法度衡石丈尺”再加上“物勒工名”時，這一整套完善的標準化制度促成了秦人的深謀遠慮，最終鑄就了中國歷史上第一個大一統王朝。

沿用至今的度量標準“1米”從近代歐洲工業革命開始

在秦始皇統一度量衡近二千年之後，西方國家才逐漸開始統一長度單位的程序。

特別是18世紀的工業革命過程中，為了製造更精密的機械和儀器，西方各國不得不相約制定能保持經久不變的國際長度標準。

但最終促成西方統一標準，撬動利益板塊的是法國大革命。這場革命意義深遠，可以說現代社會的很多執行體制都是在這場革命中誕生的。

當時的法國人民帶給路易十六的請願書裡表達了幾個最強烈的意願，他們希望：

“只有一個上帝、一個國王、一部法律、一個重量和一個尺度”。

1791年，時任法國度量衡委員會主席的科學家拉格朗日提出：把經過巴黎的地球子午線的四千萬分之一定位為標準長度單位。

子午線也叫經線，是在地球表面上連線兩極的線，表示南北方向。

當時選取了古希臘文中的“metron”一詞作為這個單位的名稱，後來演變為“meter”，中文譯成“米”。

在那個年代，西方諸國有著眾多傑出的科學家，為什麼拉格朗日的提議沒人反對呢？

拉格朗日被普魯士腓特烈大帝稱作“歐洲最偉大數學家”，他在數學、力學和天文學三個學科中都有重大的歷史性貢獻。

尤其是數學領域的許多新成就都可以直接或間接地溯源於拉格朗日的理論。所以他在數學史上還被認為是對分析數學的發展產生全面影響的數學家之一。

但是，只有提議還是不夠的，難點是如何測算地球子午線的長度。

首先要把地球看作是一個球體，那它到底有多圓呢？這個怎麼測呢？

方法就是分別測一下赤道附近一個緯度的長度，跟北極附近一個緯度的長度，看看這兩個長度是不是一樣。

這個工作是由法國科學家約瑟夫·德朗布林跟安德烈·梅尚共同做的，他們分別到達法國最北端的敦刻爾克，跟當時法國最南端的巴塞羅那進行測量。

從結果看，地球應該是很圓的，但是這次測量相距太近了，如果這個最南能更靠近赤道一些，這個最北能更靠近北極一些，那就更準確了。

於是法國科學院又組織了一次聲勢浩大的測量活動，派出兩支隊伍，一支奔赴北極，一支奔赴秘魯，目的就是要測一測1度之間的緯度有多遠。

這是因為經緯度在不同地區，每度的距離差是不同的，如果假定地球是完美球體的話，緯度變化一度，球面南北方向距離都是一樣的：

nπr/180 ≈111km

那麼經度間的距離隨緯度增高逐漸減小，可按以下公式計算：

經度1°長度=111.413cosφ一0.094cos3φ公里(緯度φ處)。

經過7年的艱苦跋涉後，兩支勘測隊伍終於在法國南部要塞卡爾卡松會合。當時的法蘭西皇帝拿破崙非常崇尚科學，對這件壯舉評價說：“勝利如過眼煙雲，但是這項成就會永存於世”。

所以1米有多長，在這次測量之後第一次得到了可靠的結論：就是赤道到北極距離的1/1000萬那麼長。

從確認地球是球體，到測量出地球的各種特徵尺寸的引數，到確定地球到底有多圓，可以說，每一步的推進沒有一個過程是輕鬆得到的。

巴黎國際科學委員會根據這次測量結果用純鉑製成了長度為1米的標準米原器。

14年之後，國際計量局用膨脹係數更小的鉑銥合金重新制作了標準米原器，並把1米定義為：在0℃時儲存在國際計量局的鉑銥基準米尺兩條刻線之間的距離。

不過，做工再精密的鉑銥合金米尺也會限於當時的製作工藝和測量方法等方面的原因，因而產生萬分之一的誤差。

哲學家維特根斯坦曾說：“世界上有一樣東西，我們既不能說它是1米長，也不能說它不是1米長，這種東西就是巴黎的米原尺。”

這句話充滿了哲學意味：“米原尺”原本代表1米的長度，但是凡事都有誤差，雖然已經精確到千萬分之一米，但還是有比它更加接近1米的東西存在。你說它不是1米又不行，因為全世界都認為這就是1米的長度。

此後，科學家逐漸認識到，應該找尋一種更好的方法，使長度基準更精確和更可靠。

經過多次實驗之後，科學家發現光在真空中每秒行進的距離為299192.4公里，這一速度永恆不變。並且不受電磁、溫度、氣壓等環境因素的影響。

1960年第11屆國際計量大會上，將米定義為：在真空中，氪86發出各向同性的橙色光波長的1650763.73倍為1米。精確度可以達到0.004微米。

1983年10月，在第17屆國際計量大會上，科學家重新確立了米的定義：光在真空中1/299792458秒的時間內所經過的長度為1米。

這意味著只要有一個鐳射比長儀，就可以在任意時間位置獲得一個標準米。

為什麼要用光作為長度標準呢？

這跟一個原理有關：真空中的光速對任何觀察者來說都是相同的。光速不變原理是愛因斯坦創立狹義相對論的基本出發點之一。

同樣，麥克斯韋方程組成立的條件也是將光速作為一個恆定不變的數字。

因為從麥克斯韋方程組可以推論出光波就是電磁波。

如果真空中光速可變，那麼電磁學就沒有理論依據了，所有依靠電磁學理論產生的工程都不能正常運轉。

當然克爾遜—莫雷實驗也直觀證明了光速永恆不變。

結語

東方文明的興衰在長度標準轉變中體現得淋漓盡致，如今，用自然光波波長來定義長度，不但使“米”更準確，也更適應當代科學技術發展的需要，因此稱得上是計量科學史上的一個里程碑。