长度和重量,我们每天几乎都要遇到．到市场、商店买东西,用得最多的工具是尺和秤,在科学实验中更是离不开尺和秤,实验材料必须用米尺、游标卡尺准确度量,化学药品必须用天平精确称量……

像我们在“科学常识”课上最先掌握的概念是“长度”和“重量”一样,我们的祖先在漫长岁月中首先确立的也是这两个概念．人类发明尺和秤的历史渊远流长。

人类很早就开始和长度打交道了。

远古时候,人类的祖先在采摘树上果实时就发现有的树高,上面的果实碰不到,有的树低,用手就可以采到了．怎样才能采到高树上的果实呢? 爬上去当然是一种办法,但爬树常常会遇到麻烦；另一种办法便是找一根杆子,竹竿或者木杆都行．然而,麻烦又来了,有的杆子够长,一下子就碰到了高树上的果实,而有的杆子还是短了一截．人类的祖先就是在这种长期的活动中,慢慢地形成了高矮长短的概念。

在酷热干燥的撒哈拉大沙漠中,有一条长流不息的大河穿过,这就是穿流于大沙漠东部注入地中海的尼罗河．创造过人类最古老文化的古代埃及人,就居住在风光秀丽、土地肥沃的尼罗河畔,日出而作,日落而息。

然而,每过一段时间发生的尼罗河水泛滥,给他们平静的生活增添了不少麻烦．河水退却以后,家园消失了,庄稼枯死了,连每家每户的土地界限也消失了,怎么办? 人们只能重新丈量土地! 开始,他们用绳子、木桩这些简单的工具丈量土地,时间一长,古埃及人便感到十分不便,原因是每次量地都必须从头开始,每一次都会产生差异．有些智慧超群的人找到了一种简单的方法——将普通成年人的手臂长度定为“一尺”．这下可方便多了,只要以一尺为标准,以前的麻烦事就迎刃而解了。

古埃及人用手臂表示一尺,而古代欧洲人则用脚来表示．他们认为,君主是一国之主,他们是真理的化身,因此,应该以他们的脚板长度为标准,定为“一尺”。

传说,我国夏代有一个部落领袖,人称大禹．他曾经领导人民疏通江河,兴修沟渠,发展农业,在治水的13年中,曾三过家门而不入,被后人传为美谈．正是这个大禹,在治水过程中为了解决丈量时遇到的困难,把自己的身高定为“一丈”,再划分为十个等份,每一等份就定为“一尺”．据说,“丈夫”一词就是由此而来的．到了汉代,又有人把100 粒粟子排列在桌上的长度定为“一尺”,还有人则把大拇指和中指伸直时的长度定为“一尺”。

在日本,人们则把两臂左右平伸的长度作为一个单位,称为“一度”,大约相当于今天的1.7 米左右。

世界各地的人们发明了这些以手、脚或身体其他部位作为长度的基准,成了以后人们发明尺的依据。

由于世界各国使用的度量单位千差万别,给科学技术的发展和经济贸易带来很多麻烦．可以想象一下,同样的一根木杆,你用手去量,我用脚去量,他则用身高去量,还有人用粟子排队的方法去量,不要说看上去的样子十分滑稽,就是得出的结果也必定是互不相干的。

于是,有人强烈要求建立国际单位系统．18 世纪,科学家终于开始探讨创立一种全世界都可接受的、合理的度量系统,这一系统最早是由法国人于1790年创立的．说起由法国人创立,其中还有一些原因,因为,当时法国正处在大革命的中期,当时的领导人非常想抛弃一切令人憎恨的旧时代的产物,他们自然十分乐意建立一套新的度量制度。

法国科学院人才济济,在繁华美丽的巴黎市区,科学家们开始了热烈的讨论．他们决定先从长度着手,因为长度是最基本的一种度量．以什么作为长度的标准呢? 经过激烈的争论,最后定为“米”,因为在拉丁语中,“米”的意思就是“度量”．由此,这一整套度量衡制度就称为“米制”。

“1 米”到底有多长呢? 起初,他们提出把我们居住的地球的周长划为4000 万个等份,每个等份定为“1 米”．但是后来,人们发现地球的周长被量错了,这怎么办呢?

有两位法国科学家——米凯因和德拉姆贝,用铂依合金制成了一根横截面为X 型的棒状标准米尺,并在它的两端分别刻一根横线,在周围温度为0℃时,把两条横线间的距离定为“1 米”．他们这样做是为了避免那根标准米尺因热胀冷缩而带来的麻烦。

由于人们早已习惯了原先使用的度量单位,一下子要改为“米制”很不情愿．于是,到了1840年1月,法国政俯不得不下令,任何不使用米制的人都将受到惩处。

1889年,第一届国际计量会议召开了,会议决定将米凯因和德拉姆贝制造的米尺定为国际标准米尺,并命名为“米原器”,它被存放在巴黎国际度量衡局内。

由于铂铱是一种金属合金,它会受热胀冷缩的影响,因此,仍然不能适应现代精密计量的要求,怎么办呢? 进入了20 世纪以后,人们想到了“光尺”。

原来,光是一种电磁波,它有一定的波长,用光的波长作为尺来测量物体,它的精度就相当高了,而且也避免了环境冷热变化引起尺上刻度变化的问题。

光波用手是拿不住的,怎么才能用光波来测量物体的长度呢? 人们想到了光的干涉现象,利用它转转手,不就能测量物体长度了吗? 光的干涉现象比较复杂,三言两语较难说清．从光的干涉原理可以知道,两列波长(或频率)相同,具有一定相位差,而且振动方向一致的波可以形成稳定的干涉图像: 一些地方很亮,一些地方很暗,而且明暗相间,一明一暗之间相差的距离是半个光波波长．用仪器数出干涉图上移动了多少个明暗变化的数目,也就等于量出了物体长度变化的数值。

1960年,在第11 届国际计量大会上,人们废除了“米原器”,决定采用氪—86 这种气体在真空中所发射的橙色光波波长的1650763.73 倍作为“1米”的定义．和“米原器”相比,它具有明显的优点——不变形、易复制,而且精度又提高了一个数量级。

人类对于事物不满足也许是天性．一段时间以后,人们开始感到氪—86的精度难以提高,而根据测量,光速是一个不变的常数,目前它的精度比氪—86 又高了一个数量级,以后还会提高．于是,在1982年6月召开的第一次国际专业会议上,人们一致推荐,把“1 米”定义为光在299792458 分之1秒时间内在真空中传播的距离,这成了“1 米”的新定义。

用激光做光尺的仪器称为“激光比长仪”．在激光比长仪中,人们一般使用波长为632.8 纳米氦氖激光器作为光源,它所发出的光首先被分成两束,然后用一整套光学系统使这两束光产生干涉条纹,再用光电系统将光的条纹的变化转换成电信号,由记数器记下干涉图上明暗条纹变化的数目,用计算机换算成长度并打印出来,就测出了长度。

激光比长仪的用途很广,它可以用来鉴定线纹尺、精密丝杆、高精度块规、录制标准磁尺等,如果配上一些适当的附件,还能刻制精密刻线尺的计量光栅,也可以用在大型机床上代替标准丝杆来控制精密机床的运动呢!

最早的秤要数古埃及人发明的天平了,这已是距今7000 多年以前的事了．这架古老的天平是用石灰岩制成的,横梁的长度为8.5 厘米,支点两边的长度相等,砝码也是用石灰岩制成的,大大小小共有7 种。

到了公元前1350年前后,埃及出现了木制天平,横梁长度达30 厘米,砝码则是用青铜制成的小动物和鸟形．而在古巴比伦,则将砝码做成狮子和睡觉的鸭子形状．当时,使用这种天平的大多是金银匠和珠宝商人,主要用于称量砂金、药品和宝石之类的东西。

据说,公元前3 世纪,古罗马人也发明了天平,这种奇怪的天平支点两边的长度不一样,事实上这已经成了杆秤了．罗马人将重砣的形状制成石榴的样子,非常有趣。

到了中世纪,阿拉伯人也开始使用天平,这些阿拉伯的不法商人看来已掌握了天平的奥秘,他们把横梁挖空,然后再灌入少量的水银,这样的天平在称东西时可轻可重,骗取顾客的钱财。

将天平用作科学研究的仪器,用于定量测定,那是18 世纪以后的事情了。

说到提纽秤,那是我国古代的发明．在一本名为《墨经》的书中便有记载。

《墨经》是墨翟和他的弟子写的．墨翟,人称墨子,公元前4 世纪春秋战国时代的鲁国人,他是一个制造机械的手工业者,还精通木工．由于他注重实践,善于总结经验,根据他对自然界的认识写成了《墨经》．他在这本书中对天平和杆秤有着清晰的论述,可以说是我国最早的有关秤的文字记载了。

墨子在书中说: 天平横梁的一臂加重物,另一臂必须加重锤,两者必须相当,才能平衡．杆秤的提纽到重物的一臂比较短,提纽到秤锤的一臂比较长,如果两边等重,秤锤一边必下落,这是因为秤锤对这一边的作用过大了．也就是说,杠杆的平衡不但取决于加在两端的重量,还与重臂力臂的长短有关．墨子对提纽秤的道理论述得多么完整啊!

1964年6月,考古学家在我国陕西省西安市郊区秦始皇所建的阿房宫遗址中发掘出了一枚秦代的生铁秤砣,这枚秤砣的发现,说明早在2000 多年前,我国就已经有了杆秤和称量物体的统一标准了。

秦始皇是我国战国时秦国的国君、秦王朝的建立者．公元前230年至前221年的10年中,在秦始皇的领导下,消灭了当时割据称雄的六国,建立了中国历史上第一个统一的中央集权的封建国家．在秦朝统一中国以前,不同国家所使用的计量单位很不统一,直到秦始皇统一全国以后,才规定了统一的标准．可以说,这是秦始皇在中国历史上立下了一大功劳。

国际上重量单位的统一是在1790年首先由法国人提出来的；1799年6月,法国的一个专家委员会向政俯提出了“公斤”的标准单位；直到1840年1月,法国政俯才以法律的形式规定必须普遍采用公制度量衡: 实用的重量单位为“千克”,重量的测量单位为“克”,即在温度为4℃时100 万分之1 立方米纯水的重量为“1 克”。

1875年5月20 日,在繁花似锦的法国巴黎,聚集了来自美国、法国、德国、俄国、意大利等19 个国家的代表,他们在这美丽的城市召开了一次会议,会后签署了一个国际公制协定．为了使公制度量衡单位不发生变化,法国于1880年制造了一只保证永久不变、或者最小变化的度量衡原始单位模型作为基本单位．它是用90% 白金、10% 铱的合金制成,高约39 毫米,呈圆柱形,这是世界上第一只公制度量衡原器,它和6 只仿制品一起保存在巴黎郊外塞夫勒的国际度量衡局内。

随着科学技术的日益发展,各种新型的秤应运而生: 应用力学原理,各种复式台秤出现了；弹簧的发明,诞生了弹簧秤；根据液压技术,产生了液压秤；电学的发展,又有了安培秤、伏特秤和电流天平；电子技术的广泛运用,还发明了电子秤；此外,还有放射性同位素秤等。

尺和秤是人类古老的发明,同时又是现代科技的结晶,人类在科学技术上每前进一步,都会同时反映在尺和秤这两件既简单又复杂的测量仪器上。