工程測量師每天都要跟GPS、全站儀、測距儀、測繪儀器、腳架、塔尺、稜鏡等測繪儀等打交道,那麼千百年前的古代沒有這些先進的工具,當時是用什麼工具測量的呢?
準繩與規矩
準繩和規矩應該算是最早的測量工具之一,據《史記》載,早在公元前2000多年, 相傳夏禹在陝西龍門、華陰一帶治水時,創造並使用了準、繩、規、矩四種測量工具。
「準」和「繩」是測定物體平、直的器具,「規」是校正圓的工具,而「矩」則是畫方形的曲尺。《山海經》中也說大禹曾派他的兩名助手大章和豎亥去步量世界的大小,「豎亥右手把筭,左手指青邱北」。
《周髀》首章記述:「平矩以正繩,偃矩以望高,復矩以測深,臥矩以知遠」,說明「矩」在古代是測量高、深、平、遠的工具。「矩」的發明更具有重大意義,因為「矩」可以構成直角,而只有構成直角,才可以從事測量。
《詩·大雅·公劉》有「既景乃岡」的記述,即公元前15世紀末,周族公劉在陝西彬縣一帶勘測地形,立表測影以定方向,使用了簡單的測量工具「表」。戰國時期《考工記·匠人篇》有把表立起,用掛著重物的繩子校準表垂直於地面,觀測表影測繪地形的記載。
古人如何計量
簡單介紹了下最開始古人用的測量工具,那麼他們又是用什麼來記錄測量的量?畢竟那時候公制單位還未出現,所以大部分時候以人身體的一部分為基礎來頂替長度單位。
例如在中國最初的尺指的是男人伸展的拇指和中指之間的距離,這個長度大約是20釐米,也就是我們常說的「一拃」或「一捺」。但是因為個體的差異,導致這個長度並不一致。
另外古代的交通極不方便,所以就導致了每個地方都有自己的一套長度單位,相互換算非常複雜,甚至根本做不到。於是,統一度量衡便在世界很多地區開展了起來。在秦始皇統一六國以後,非常重要的一個舉措就是統一度量衡,在此舉措中留下一件珍貴的文物——商鞅方升。
雖然測量單位得到統一,但是這些個長度單位,都把糧食、身體等等當成依據。個體的差異化這些距離顯然是不精確的。
米的來歷
為了解決傳統的長度單位不精確、誤差大的問題,大革命之後的法國首先確立了標準的長度,而後又建立了我們現在還在使用的公制長度,也就是國際單位制。
說起公制長度就不得不說「米」這一計量單位,那它是怎麼來的?
1790年5月8日,法國國民議會宣布實行度量衡改革,並將這一重任交給了法國科學院,這裡匯聚一大批耳熟能詳的大牛,有數學家和物理學家拉格朗日;數學家、物理學家和天文學家,人稱科學巨匠的拉普拉斯等等。經過大牛們的商討決定,將米定義為:經過巴黎的,從北極至赤道的子午線長度的一千萬分之一。
那還等什麼說罷,就開始動手測量測量子午線的長度,這次測量從1792年一直持續到了1799年。終於在1793年取得初步結果的時候,就對米的長度給出了標準,後準備完善。
接下來,法國科學院在1799年製作了一根長度是一米的鉑金棒,但是這個鉑金棒的長度不夠精確,所以在90年後的1889年,法國召開了首屆國際計量大會,對米原器進行了更換,新的米原器採用90%的鉑和10%的銥的鉑銥合金製成,並規定在冰的熔點溫度時,也就是0℃的時候,測量得到的國際米原器上兩道刻度之間的距離為「1米」。
就這樣最初的單位「米」就來了,但是後來大牛深思熟慮後發現這個「米」仍舊不是最精確的。
首先米的定義是經過巴黎的,從北極至赤道的子午線長度的一千萬分之一,可是我要是在巴黎的地上添一鏟子土,或者挖個坑,是不是米這個長度就要發生變化呢?
另外如果有一天米原器丟了或是損壞了,而地球時刻在變化,那麼我們再按之前的標準測一次「1米」,顯然是與之前不同的。
隨著人類對光速的測量逐步精確,最終國際計量大會對米的定義採用了隨處可見的光,將1米定義為「光在真空中行進299792458分之一秒的距離」。如此一來,只要實驗條件允許,我們就能測量出標準的1米長度。這個米的定義也一直沿用至今。
這就是公制長度「米」的由來,隨後逐步擴散到全球。