隨性混亂的單位只是換算困難而已？不，搞不好會死人的

計量單位給人的感覺就像是絕對嚴格精準的裁判，以它本身來度量我們的世界。

中國有成語錙銖必較、絲毫不差，錙與銖和絲與毫都是極小的單位，這些都表現出我們計量單位的精準要求。

可是在工藝水平低下，科學並未啟蒙的古代，全世界的古人都無法以一個自然的恆定量作為標杆，那他們當時又是如何制定度量衡的？

這聽起來是一件神聖而又嚴謹的工作，可實際上以我們現代人的標準來看當時的做法可以說「隨意得可怕」。

不知道有多少人的中學歷史老師會在課堂上講聖人孔子的身高這件事。

史記中記載，孔子身高九尺六寸，如果以現在的市制公尺算，聖人的身高將超過3米，顯然是不可能的。

若以史記編纂時期西漢的尺（約23.1厘米）計算，孔聖人的身高還是達到2.21米，如果以春秋時期的尺計算則有1.97米、1.91米、1.89米三種可能。

從聖人飄忽不定的身高中，可以窺見那個時期長度計量單位的混亂。

這是由於當時的制定單位時所選取的標準物並不是一個恆定不變的事物。

這個混亂階段全世界的文明都經歷過，我們都曾用身體的一部分作為標準物來度量世界。

大概自夏朝起，中華文明就以成年男子拇指與中指張開的末端距離作為一尺，相當於我們現在說的一拃。

這樣定義出來的一尺是因人而異的，只有在一些工程當中才會製作標尺準繩來控制誤差。

不同身高的人的一拃長度分布，單位厘米

這方面精通建造巨型奇觀的古埃及走在了前面，在三千多年前就已經製作了已知最早的長度標準物。

埃及人也明白降低誤差的重要性，特地選用了質地堅硬的花崗岩做為材料。

藏於博物館的古埃及碗尺石柱

只不過長度標準的選取就顯得有些任性了，是取法老小臂拐肘處到中指末端的距離，稱作腕尺。

雖然選取大眾的平均值作為標準會更合理更方便，但不管怎麼說埃及人好歹最早規定了全國統一的標準。

而英國人，到了中世紀末期都還在沒有一個準確的長度標準。

他們最常用的長度單位英寸，也是整個英制單位的基礎之一，最早被定義為拇指的寬度。

後來，英國人也漸漸覺得這種隨意的定義會導致「一百個人眼裡有一百種英寸」，不利於英國的和諧統一。

於是在1324年，愛德華二世下定決心將一英寸重新定義為一穗大麥上最大的三粒麥子相接的長度。

終於成功地把局面扭轉為「一百片麥田裡有一萬種英寸」。

類似的事情也發生在英尺的定義上。

英尺的英文寫法是foot，顧名思義就是一個腳掌的長度，在19世紀以前可以是25厘米到33.5厘米之間的任意長度。

那個年代的「七尺男兒」可以是175厘米的正常身高，也可以是235厘米的恐怖巨人。

德國人很不爽英國人的這種隨意，他們想到一個可行的解決辦法。

在16世紀的時候，德國人隨機找了16個從教堂里出來的男子，測量他們的腳長，把求出的平均腳長，並以此作為英尺的標準。

除此之外，英制單位的混亂還體現在個單位之間的換算關係上。

我們現在用的單位大多都滿足一定規律的換算關係，十進位甚至不需要計算就可以很方便地完成換算。

但英國人就沒有那麼規矩了，他們的英寸、英尺、碼是單獨定義的。

一英寸是三粒麥子的長度，一英尺是腳的長度，一碼是亨利一世國王的鼻尖到指尖的距離。

後來為了方便才湊成了1碼=3英尺=36英寸的關係。

這種混亂同樣也存在於重量、面積等單位上。

混亂的局面最終是靠法國人終結的。

1790年，法國已經經歷了啟蒙運動的理性主義思潮，此前依靠人體部位或常見物定義的計量單位已經不能滿足時代的需要了。

於是法國科學院建議以地球作為標準物重新定義基本長度單位，以通過巴黎的子午線四分弧長的一千萬分之一定義新的長度單位米。

說起來輕巧，可實際測量卻並不容易。

法國人花了整整7年的時間才量出了穿過敦刻爾克到巴塞羅那那條子午線的弧長。

並且用鉑製作了一根標準米尺作為標準參照物，稱作米原器。而這時候英國人甚至還沒有給出英尺的標準長度。

初代鉑制米原器

基本長度單位米誕生之後，很多單位也它為基礎重新定義了標準。

首先是以十進位為基礎導出了很多一套長度單位，包括我們熟悉的厘米、分米、千米。

再以長度單位定義質量單位千克，即是一立方分米（一升）的純水在4攝氏度時的質量。

1875年多國簽署「米制公約」

法國人提出的這種方便和合理的計量單位系統很快得到了歐洲各國的積極採用。

那時候英國國力強盛，很多國家不得不採用英制單位來進行生產製造。

但英制單位的換算麻煩，商家經常會以換算為借口偷工減料，類似現在把1000MB當做1GB。

米制單位系統基本都採用十進位換算，計算方便的同時也更加精確，自然很快得到了推廣。

19世紀中期的普魯士工廠

然而，當米制單位系統推廣開來時，我們的科學對單位的精度有了更高的要求。

法國人製作且沿用了近一個世紀的米原器很難滿足時代的需要。

在1875年各國簽署了「米制公約」之後，又製造了一批精度更高的鉑依合金米原器，共31支。

新製作的米原器以及千克原器

第一屆國際計量對米給出的定義是：0攝氏度時，鉑依合金米原器兩端刻線記號間的距離。

然而，因為刻度線本身寬度的影響，這個米原器的精度實際上只能達到0.1微米，顯然算不上精準。

於是有科學家提出可以用單色光的波長來測量米原器，並用其波長的若干倍來表示米的長度。

這種方法顯然比以人造物為基準要更加可靠和穩定，只是受限於當時的技術，只被當做米原器的旁證。

之後米的定義又經過了幾次定義的修改，最終確定為用宇宙通用的光速來定義米。

一米等於光在真空中299792458分之一秒內所經過的路徑長度。

看起來國際單位制的推廣與普及似乎終結千百年來的單位混亂，但其實混亂才剛剛開始。

1983年，加拿大航空143號班機因為燃料檢測棒出了問題，但又苦於沒有這種新機型的零件更換。

於是機長建議先應急用手工計算燃料用量，完成航班飛行再進行維修。

然而當時加拿大仍然在使用英制單位，並與公制單位混用。

原本要要加大概2萬千克的燃油，結果在換算成體積的時候工作人員把它當成2萬磅來計算，結果只加了不到一半的油量。

後果當然是飛機在空中飛了一半航程就沒油了，離最近的機場又還有百餘公里，根本不可能飛得到。

幸好機長想起附近還有一個廢棄的基米尼空軍基地，他曾經在那裡訓練過，可以緊急迫降。

然而，因為飛機高度太高速度過快，直接降落會出現危險，於是有豐富滑翔機駕駛經驗的機長決定先滑翔降低高度再降落。

可當飛機高度降低，機長卻發現這個空軍基地已經改建成了賽車場，看場面像是剛剛比賽完，觀眾都沒有散席。

萬幸，在前起落架沒有放下的情況下，機長還是成功迫降在這個空軍基地，保住了所有人的生命。

這一因單位混亂引起的事故也打破當時民航滑翔飛行的世界紀錄，史稱「基米尼滑翔機」。

而作為第一批在「米制公約」上簽字的國家，美國同樣沒有能夠將國際單位制徹底推廣。

在英國人自己都已經拋棄了英制單位的情況下，美國卻依舊我行我素地以自由包容一切。

美國人的計量單位最早沿襲自英國，但獨立之後他們又逐漸發展出了一套自己的獨特（奇葩）計量單位系統。

美國車的速度表外圈單位是英里每小時，內圈則是千米每小時

他們修改了英制的一些單位，雖然叫起來名稱是一樣的，可是數值大小卻和原本的英制不再通用了。

比如美國人的盎司就堪稱混亂王中王。

英國人最早用盎司來作為酒的容量計量單位，1盎司等於28.41毫升。

而傳到美國之後，盎司被改成了29.57毫升。

除此之外，美國的盎司還被當做重量單位，用於重量較小物品的計量。

這還沒完，作為重量單位的盎司還分成多種，常見的有常衡盎司、金衡盎司、葯衡盎司。

這三種盎司的標準都不一樣，所以在美國，一盎司棉花和一盎司純金真的不一樣重。

感受被混亂支配的恐懼吧

美國英制公制混用的問題更是害得NASA損失慘重。

NASA的火星氣候探測者號斥資超過3億美元，花了一年時間才從地球飛到火星。

最後卻因為控制小組的成員混淆了公制單位和英制單位，直接導致探測器墜毀，3億美元打了水漂。

火星氣候探測者號上的飛行系統軟體使用公制單位牛頓計算推進器動力，而地面人員輸入的方向校正量和推進器參數則使用英制單位磅。

你可能會覺得奇怪，磅是重量單位，而牛頓是力的單位，應該不能換算吧。

但美國就是這麼神奇，磅同樣也是力的單位。

類似的單位換算問題已經被科學工作者詬病了多年，很多來自使用公制單位國家的留學生更是叫苦連天。

但對於這種混亂，美國的保守主義者認為應該保留原有的歷史習慣。

在崇尚自由的美國，公民既然有追求開放的自由，也應該有守舊固封的自由。

追求自由並非在哪都是合乎情理的，至少在計量單位制度這裡，它不是。

*參考資料

邱隆,蘇紅.歷史的缺憾——美國採用國際單位制的被動和尷尬[J].中國計量,2006(06):45-48.

王彥敏.淺談國際單位制[J].物理之友,2015,31(11):17-18.

趙曉軍. 中國古代度量衡制度研究[D].中國科學技術大學,2007.

Manasa Kashi. The Length of Things. medium.

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