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一、計(jì)量學(xué)的發(fā)展史與物理學(xué)的發(fā)展緊密相關(guān) 近代物理學(xué)的發(fā)展是從經(jīng)典力學(xué)開始的,它研究宏觀物體的低速機(jī)械運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象和規(guī)律,可追溯到17世紀(jì)初。這時(shí)歐洲的科學(xué)發(fā)展迅速,物理學(xué)已開始發(fā)展成為一門測(cè)量科學(xué),它逐步引入了“物理量”的概念。如質(zhì)量、力和加速度等,用它們之間的相互關(guān)系描述物理現(xiàn)象。英國物理學(xué)家牛頓深入研究了經(jīng)典力學(xué)的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律,發(fā)現(xiàn)了它的基本規(guī)律,以牛頓三定律和萬有引力定律表示,奠定了經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)。在這些定律中,物理量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系可看作是某個(gè)物理量的定義,也可看作是一種現(xiàn)象或物質(zhì)性質(zhì)的定義。因而近代計(jì)量學(xué)的發(fā)展是與近代物理學(xué)同步發(fā)展和互相促進(jìn)的。當(dāng)物理量的測(cè)量知識(shí)逐漸形成科學(xué)體系,計(jì)量學(xué)就從實(shí)驗(yàn)科學(xué)中分離出來,成為一門提高物理量量化精確性的科學(xué)。隨著天文學(xué)、數(shù)學(xué)、原子物理和量子物理學(xué)的不斷發(fā)展,社會(huì)經(jīng)濟(jì)、文化不斷進(jìn)步,近代計(jì)量學(xué)的研究對(duì)象擴(kuò)展,專業(yè)門類增多,量程從宏觀拓寬到微觀領(lǐng)域。計(jì)量學(xué)的內(nèi)容更加完備,通常可以概括為:計(jì)量單位和單位制;計(jì)量器具(包括基準(zhǔn)器和標(biāo)準(zhǔn)器);量值傳遞和溯源;物理常數(shù)、材料和物質(zhì)特性的測(cè)定;不確定度、數(shù)據(jù)處理和測(cè)量理論及其方法;計(jì)量法制管理等方面。從計(jì)量的社會(huì)功能可分為科學(xué)計(jì)量、工程計(jì)量和法制計(jì)量。如果從伽利略到牛頓時(shí)期的近代科學(xué)革命算起,近代計(jì)量學(xué)已有300多年的歷史,大致可分以下三個(gè)階段。 1、近代計(jì)量學(xué)和米制的創(chuàng)立 英國物理學(xué)家牛頓于1685年完成了萬有引力定律和機(jī)械運(yùn)動(dòng)三定律的論證和描述,建立起完整的經(jīng)典力學(xué)體系。牛頓力學(xué)對(duì)熱學(xué)、電磁學(xué)等的研究產(chǎn)生重大影響,也為近代計(jì)量學(xué)的創(chuàng)建和測(cè)量技術(shù)的發(fā)展奠定了基石。在近代物理量,如:質(zhì)量、力、長(zhǎng)度、能量、速度、時(shí)間、加速度、壓力、溫度等;創(chuàng)造了許多測(cè)量?jī)x器和裝置,如天平、溫度計(jì)、脈博計(jì)、望遠(yuǎn)鏡等。但是,科學(xué)家們都越來越受到多種物理量單位制的雜亂和無規(guī)律的擾亂,無法準(zhǔn)確地交流他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,迫切需要確立能在國際間通用的物理量單位及其標(biāo)準(zhǔn)。 從18世紀(jì)50年代起,法國科學(xué)家們開始尋找一個(gè)適用于世界各國的通用單位,以便以它為基礎(chǔ)得到一種在所有國家都能使用的計(jì)量單位制。1790年,法國國民議會(huì)責(zé)成科學(xué)院組成計(jì)量改革委員會(huì)。次年,委員會(huì)提議以赤道到北極的子午線的千萬分之一為基本長(zhǎng)度單位,并成立了測(cè)量子午線、計(jì)算、試驗(yàn)擺的振動(dòng)、研究蒸餾水的重量以及比較古代計(jì)量制度五個(gè)小組。1793年,委員會(huì)又提議使用已有的測(cè)量結(jié)果盡快建立新的計(jì)量制度。1795年4月7日,國民議會(huì)頒布新的度量衡制度:采用十進(jìn)制;米的長(zhǎng)度以自北極到赤道段經(jīng)過巴黎的子午線的一千萬分之一為標(biāo)準(zhǔn);質(zhì)量單位以1立方分米為溫度為攝氏4度純水在真空中的質(zhì)量。1799年,測(cè)繪學(xué)家的大地測(cè)量工作最終完成,鑄出了純鉑米和千克原器。同年12月10日,頒布法律確定米和千克的值。1837年7月4日的法令終于確定法國從1840年1月1日開始實(shí)行“米制”。為紀(jì)念這一盛事,制作了紀(jì)念章,上面寫著:“永遠(yuǎn)為人類服務(wù)”。“米”是近代計(jì)量學(xué)中第一個(gè)以自然物為基準(zhǔn)的單位,法國政府和法國科學(xué)家從提出方案、測(cè)量子午線到制作米原器和千克原器,以至在全民中通行米制單位,前后用了50年時(shí)間,為計(jì)量學(xué)的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。 2、從《米制公約》到國際單位的建立 19世紀(jì)初期,英國工業(yè)革命蓬勃發(fā)展,法國也開始了工期業(yè)革命,從19世紀(jì)70年代起,法國發(fā)生了電力的廣泛使用為標(biāo)志的第二次工業(yè)革命。19世紀(jì)的自然科學(xué)經(jīng)歷了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,并相繼建立起熱力學(xué)、電磁學(xué)、化學(xué)等學(xué)科并得到了技術(shù)應(yīng)用。數(shù)學(xué)長(zhǎng)足進(jìn)步,不斷推出新概念和新方法。天文學(xué)、地學(xué)有很大發(fā)展。光學(xué)、生物學(xué)、有機(jī)化學(xué)也隨之興起。科學(xué)的進(jìn)步為計(jì)量學(xué)發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。 19世紀(jì)初,米制開始向世界普及。1851年,第一屆萬國博覽會(huì)(世界博覽會(huì))在倫敦舉辦。會(huì)上,展出的巴黎工藝院米尺,參觀者及見此精良制造之尺,十分驚喜,認(rèn)為必須有統(tǒng)一的度量衡制,才能對(duì)陳列品比較其優(yōu)劣、評(píng)定其價(jià)值。1855年,在巴黎的一次國際會(huì)議上,與會(huì)者創(chuàng)議設(shè)立度量衡研究會(huì),推行米制。同年,巴黎萬國工藝博覽會(huì)審查委員會(huì)開會(huì)討論實(shí)行米制辦法,要求委員們“各盡心力,勸告本國政府及有識(shí)之士,推行米制,以謀公益”。1864年,英國允許米制單位同英制單位并用。同年,德國也全部采用米制。1867年,巴黎世界博覽會(huì)期間,在世界工業(yè)巨大發(fā)展的強(qiáng)烈影響下,一批科學(xué)家創(chuàng)建了度量衡和貨幣委員會(huì),專門研究和推動(dòng)兩者的世界計(jì)量單位制已是大勢(shì)所趨。1869年,法國政府邀請(qǐng)?jiān)S多國家派代表參加“國際計(jì)量委員會(huì)”。1872年,由30個(gè)國家的代表繼續(xù)開會(huì),再次肯定上次會(huì)議關(guān)于制造米和千克新原器并向各與會(huì)國提供復(fù)制品的決議。1875年3月1日,法國政府召開“米制外交會(huì)議”。5月20日,17個(gè)國家(法國、荷蘭、比利時(shí)、盧森堡、西班牙、哥倫比亞、墨西哥、葡萄牙、意大利等)的全權(quán)代表簽署了《米制公約》,決定成立國際計(jì)量局(BIPM),這是計(jì)量學(xué)走向國際統(tǒng)一的里程碑。國際計(jì)量大會(huì)(CGPM)在2000年第21屆大會(huì)上確定以每年5月20日作為世界紀(jì)念日,每年這一天,世界各國都將開展提高計(jì)量意識(shí)的宣傳活動(dòng)。 1875年《米制公約》簽訂以后,新成立的國際計(jì)量局在“國際計(jì)量委員會(huì)(CIPM)”的領(lǐng)導(dǎo)下集中全力準(zhǔn)備米和千克原器和各種復(fù)制品的制造工作并籌備第1屆國際計(jì)量大會(huì)。1889年,第1屆國際計(jì)量大會(huì)(CGPM)召開。會(huì)議明確“議定必要的措施,并督促實(shí)施,以保證米制的現(xiàn)代形式——國際單位制的普及和改進(jìn)”為它的主要任務(wù)。就在這次會(huì)上,批準(zhǔn)了米和千克兩個(gè)單位的定義。1901年的第3屆國際計(jì)量大會(huì)對(duì)質(zhì)量、重量、時(shí)間的單位也作了明確的定義,于是就建立了國際單位。
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