1公分是怎樣定義的

Question

1公分是怎樣定義的？有什麼準則嗎？請簡略告知一下？謝謝。

Answer 1

長度的標準應該是公尺
而公分是公尺的百分之一


　　度量衡是一切科技的根本，本身也是一門最基礎的科技。在科
技史上，公制(metric system)的發明絕對是影響最深遠的事件之一。
1960年至今舉世通用的「國際單位制」(International System of
Units, SI)，便是衍生自公制的一套系統。無論是公制或國際單位
制，公尺(metre=meter，源自希臘文「測量」)這個長度單位都具有
中心地位。然而正如「國際度量衡局」(BIPM)所強調的「度量衡總
是不停演化」，過去兩百多年來，公尺的定義經過數次大大小小的
更迭，正好反映了十八世紀以來的科技發展。

　　公制與法國大革命有密不可分的關係。法國人早就有心建立一
套科學的度量衡制度，1789年那場革命正好帶來「破舊立新」的機
會。他們鄭重其事地設立一個委員會，成員包括當時好些大科學家。
為了要讓這套度量衡成為名符其實的「公制」，委員會決議採用地
球當標準，將北極到赤道的經線定義為一千萬公尺(粗略地說，便是
將地球周長定義為四千萬公尺)。想當然爾，他們最初定義的是經過
巴黎的經線，但後來真正測量的，則是從敦克爾克(Dunkirk)到巴塞
隆納(Barcelona)那一小段──根據這段距離，再配合天文觀測，便
可推算出所需要的長度。然後將這段長度除以一千萬，便是製做「
公尺原器」這根金屬棒的根據。(這根金屬棒曾經改版好幾次，在此
就不細究了。)

　　從此以後，法國人推廣公制不遺餘力，不過由於想像得到的諸
多因素，世界各地的阻力卻相當大。1875年是公制全球化的第一個
里程碑：許多國家在「公尺條約」(Treaty of Meter)上簽字，算是
承認了公制的國際地位。位於巴黎近郊的「國際度量衡局」便是根
據這個條約於1889年成立的，而公尺定義則改為：保存於該局裡面
那根鉑銥合金「國際公尺原器」上兩個刻度間的長度。

　　根據這個定義，公尺遂定於一尊，與地球周長不再有絕對的關
係。嚴格說來這不算走回頭路，原因之一是地球並非真正的球形，
表面又凹凹凸凸，並不適合當長度的標準；原因之二是「國際公尺
原器」還有許多副本，分送各國妥善保存，例如美國便將其副本存
放於「國家標準與技術局」(NIST)。

　　然而隨著科技的發展，「公尺原器」這種中央集權式定義逐漸
過時(缺點與政治上的中央集權一樣，一來風險太大，二來不夠親民
)。於是在1960年，第十一屆「萬國度量衡會議」(CGPM)通過改以光
波波長來定義公尺：將氪(86)原子某條橙色光譜線所對應的波長，
定義為一公尺的1,650,763.73分之一。如此只要有足夠精密的設備，
任何實驗室皆可量得公尺的標準長度。套句政治術語，這是個標準
的「去中心化」定義。有趣的是，某位法國科學家在1827年便提出
過這樣的建議。

　　不過這個定義卻只用了二十三年。到了1983年，第十七屆「萬
國度量衡會議」再度翻案，改將光線在真空中行進一秒的距離定義
為299,792,458公尺，小數點後面通通是零。這個定義不但比波長定
義簡潔得多，而且放諸宇宙皆準。因為自從愛因斯坦1905年提出狹
義相對論之後，物理學家便堅信真空光速是宇宙中最絕對的速度。
值得注意的是，這個新定義造成SI制根本上的改變：最基本的物理
量從長度變成了光速(通常寫作c)。此後測量光速的目的，不再是為
了求得更精確的c值，而是為了對公尺做更精確的定義。

　　為何要用299,792,458這個既古怪又麻煩的數字定義光速呢？
那是因為雖然光速非常接近每秒三億公尺(三十萬公里)，科學家卻
早就測得十分精確的數據：以公尺的舊定義來說，這個數據的整數
部分正是299,792,458。因此1983年的新定義可算是「倒因為果」，
利用這個整數倒過來定義光速。據說當年在會場上，有人主張乾脆
將光速定義為每秒恰好300,000,000公尺，可惜這個高瞻遠矚的提議
卻遭到否決。想必是由於那會使得許多精密數據被迫更改，而全球
科學社群經不起這樣天翻地覆的變化。

　　然而我相信總有一天，有識之士將體認到「長痛不如短痛」，
而在某次「萬國度量衡會議」上將光速定義改為300,000,000m/sec。
至於時機什麼時候成熟呢？當然是全球大大小小的資料庫都充分聯
線，所有相關數據能在一聲令下同時更改的那一天。

相關重要網站

1.國際度量衡局(Bureau International des Poids et Mesures)官
方網站http://www.bipm.fr/
2.美國國家標準與技術局(National Institute of Standards and
Technology)官方網站http://www.nist.gov/

（原載《科學發展》2002年2月號）