大體可分為原始、經(jīng)典和現(xiàn)代三個(gè)階段。
原始階段 以經(jīng)驗(yàn)和權(quán)利為主,大多利用人、動(dòng)物或自然物體作為計(jì)量基準(zhǔn)。象上述“布手知尺、掬手為升、取權(quán)定重、邁步算畝和滴水計(jì)時(shí)”等,相傳在大禹治水時(shí),就使用了“準(zhǔn)繩”和“規(guī)”“距”等計(jì)量器具,秦始皇統(tǒng)一度量衡這一史實(shí)大家都知道。古埃及的尺度是以人的胳膊到指尖的距離為依據(jù)的,稱之為“腕尺”(約46cm),英國的碼是亨利一世將其手臂向前平伸,從其鼻尖到嘴尖的距離(1yd=0.9144m);英尺是查理曼大帝的腳長(1ft=0.3038m)英寸是英王埃德加的手拇指關(guān)節(jié)的長度;而英畝則是兩牛同軛,一日翻耕土地的面積(1英畝=4050平方米)。
經(jīng)典階段 一個(gè)以宏觀現(xiàn)象與人工實(shí)物為科學(xué)基礎(chǔ)的階段,標(biāo)志是1875年簽定的《米制公約》。包括根據(jù)地球子午線1/4長度的一千萬之一建立了鉑銥合金制的米原器;根據(jù)一立方米水在在規(guī)定溫度下的質(zhì)量建立了鉑銥合金制的千克原器;根據(jù)地球饒?zhí)柟D(zhuǎn)周期確定了時(shí)間(歷書時(shí))單位秒等。
它們形成一種基于所謂自然不變的米制,并成為國際單位制的基礎(chǔ)。但是這些宏觀實(shí)物基準(zhǔn)隨著時(shí)間的推移或地點(diǎn)的變動(dòng),其量值不可避免地受物理或化學(xué)性能緩慢變化的影響而發(fā)生飄移,從而影響了復(fù)現(xiàn)、保存,并限制了準(zhǔn)確度的提高。早在1870年英國物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家J.G.麥克斯韋就指出,長度、質(zhì)量和時(shí)間的單位應(yīng)當(dāng)建立在原子波長、頻率、和原子質(zhì)量中,而不是在運(yùn)動(dòng)著的星體或物體上。
現(xiàn)代階段 以量子理論為基礎(chǔ),由宏觀實(shí)物基準(zhǔn)過度到微觀量子基準(zhǔn)。國際上以正式確立的量子基準(zhǔn)有長度單位米基準(zhǔn)、時(shí)間單位秒基準(zhǔn)、電壓單位伏特基準(zhǔn)和電阻單位歐姆基準(zhǔn)。從經(jīng)典理論來看,物資世界在做連續(xù)的、漸進(jìn)的宏觀運(yùn)動(dòng);而在微觀量子體系中,事物的發(fā)展是不連續(xù)的、跳躍的也是量子話的。由于原子的能級非常穩(wěn)定,躍遷時(shí)輻射信號的周期自然也非常穩(wěn)定,因此躍遷所對應(yīng)的量值是固定不變的。這類微觀量子基準(zhǔn),包括1960年用氪86原子的特定能級躍遷所定義的米、1967年用銫133原子特定能級躍遷所定義的秒等,提高了SI基本單位實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性。但是,它們?nèi)耘c某種原子的特定量子躍遷過程有關(guān),因而尚不具備普實(shí)性。最好的方案是用基本物理常量來定義計(jì)量單位。例如:1983年將米定義為光在真空中在1/299792458秒的時(shí)間間隔內(nèi)所行進(jìn)的長度,既認(rèn)為真空中光速作為一個(gè)定義值恒為299792458m/s(約30萬公里/秒);而長度事實(shí)上變成了時(shí)間(頻率)的導(dǎo)出量。這種定義通過不變的光速給出了空間 和時(shí)間的聯(lián)系,使新定義的米只依賴于目前測量不確定度最?。?0-15量級)的頻率,從而更具準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、可靠性和普適性。
以上主要是從量的定義上劃分階段,從另一個(gè)角度來看,由于計(jì)量在古代是各國獨(dú)立產(chǎn)生,并作為民族文化和社會(huì)制度的一部分繼承和發(fā)展,直到19世紀(jì),各國使用的計(jì)量單位及其進(jìn)位制度、計(jì)量器具和管理措施等彼此差異甚大。計(jì)量學(xué)長期停留在記述各種計(jì)量單位和換算各種關(guān)系的階段上;計(jì)量管理工作都是各國、各地區(qū)各自為政。隨著工業(yè)和國際貿(mào)易、特別是物理學(xué)等實(shí)驗(yàn)科學(xué)的發(fā)展,需要測量的量已從傳統(tǒng)的度量衡劇增至上百個(gè)。18~19世紀(jì),歐美科學(xué)家開始創(chuàng)建一種以科學(xué)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)、可在國際上通用的計(jì)量單位制。1875年《米制公約》的簽訂標(biāo)志著各國計(jì)量制度趨向統(tǒng)一;1955年簽訂《國際法制計(jì)量組織公約》和1960年第11屆國際計(jì)量大會(huì)(CGPM)通過國際單位制,標(biāo)志著各國計(jì)量制度基本統(tǒng)一和計(jì)量學(xué)的基本成熟。計(jì)量的發(fā)展趨勢主要沿著兩個(gè)方面:一是利用最新科技成果不斷完善國際單位制及其實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),使單位的定義及基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)建立在物理常量的穩(wěn)固基礎(chǔ)上;二是推動(dòng)全球計(jì)量體系的形成,逐步實(shí)現(xiàn)國際間測量與校準(zhǔn)結(jié)果的相互承認(rèn),以適用貿(mào)易和經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)展的需要。
從冶金計(jì)量的角度考慮,計(jì)量與控制的結(jié)合將把冶金計(jì)量工作推向一個(gè)更廣闊的領(lǐng)域。 |
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