从日常生活到尖端技术，都离不开使用单位进行的精确测量。以国际推广为目标的《米制公约》于1875年制定，5月20日迎来了150周年。为此，致力于普及计量标准与国际合作的日本国立研究开发法人产业技术综合研究所，首次向媒体公开了长期作为日本的质量和长度基准的“日本国千克原器”与“日本国米原器”。负责人强调：“计量标准如同人类的共通语言，是科学技术带来的一大成就。”
支撑生活、产业与科技的两种“原器”
“前辈们以极其严谨的态度守护着它们。作为现任管理者，我感到无比自豪。”
在位于日本茨城县筑波市的产综研的一间房间内，计量标准综合研究中心的首席研究员仓本直树说完这番话，带领记者进入了一扇厚重上锁的门内。映入眼帘的是，正面摆放着一个刻有“大日本帝国度量衡原器”金色铭牌的颇具历史感的保险柜，内侧以桐木包裹。其中放置的双层玻璃容器内，有一个直径和高度均为3.9厘米的银色砝码——这便是由铂铱合金制成的1千克原器。
仓本介绍保险柜内严密保管的千克原器（保险柜上层中央）。5月12日摄于位于茨城县筑波市的产业技术综合研究所
使用桐木可调节湿度并抑制霉菌。存放保险柜的房间湿度近乎0%。分配给各国的千克原器约每40年集中检查一次，日本的原器质量变化远小于其他国家。据说某些国家只是将原器存放在普通柜子中。听到这里，仓本开头的发言更显分量。严格守护计量标准对生活、产业和科技至关重要。千克原器完好的保存状态，正说明了近现代以来日本人对此的深刻认知。
仓本表示：“千克原器也是日本走上现代化国家的象征，是引进西方学问和科学谋求发展时代的重要知识基础。从日本是最早加入《米制公约》的亚洲国家一事，其国家战略可见一斑。”
米原器在另一个房间内。这是一根横截面为“X”形、长1.02米棒状物同样由铂铱合金制成的物体，表面凹槽刻有刻度，其两端的间距为1米。采用X形设计是因为不易弯曲且表面积大，利于适应温度变化。包括笔者在内的记者们，都为拍清楚两端的细微刻度费尽心思。
米原器。采用X形设计是因为不易弯曲且表面积大，利于适应温度变化。
随着定义修订，这里的米原器与千克原器已不再是基准，分别于2012年与2022年被指定为日本的国家重要文化遗产。
定义历经变迁，采用“普遍基准”
森冈解释计量标准的必要性
“若各地计量容器规格不一，虽在当地可行，却会在跨地域交流中引发严重问题。比如在歉收年以更小的容器征收年贡，领主或因此留下美名，但绝非全然好事。为了统一各国各地区不同的单位并在全球推广，150年前缔结了《米制公约》”，产综研国际计量室主任森冈健浩如此解释计量标准的必要性。
质量与长度定义随科技进步不断演变，以提升可信度。18世纪末法国将1千克定义为1升水的质量并在其国内推广。1889年公约缔结后制作了“国际千克原器”，由法国国际计量局管理，向日本等成员国分发复制品。
到了1990年左右，人们发现国际千克原器或因表面污渍导致质量微变。于是改用普适物理常数定义，以光所具有的能量最小单位“普朗克常数”为基准，经产综研等机构精密测量，新定义于2019年正式被采用。千克原器虽退出定义，但现在仍被作为日本国内最高精度的砝码使用。
双层玻璃容器中存放的是千克原器（左）。米原器的一端（右）。中央凹槽可有微细刻度
也曾有破坏测量、人员被捕的苦难历史
另一方面，1米最初于1795年被定义为“北极到赤道子午线弧长的千万分之一”，1889年公约缔结后被修订为“0℃时国际米原器两条刻度线间的距离”，日本米原器就是发放的复制品之一。之后也与质量单位一样，出于去人工化理念，1960年改为光波长（特定条件下氪86波长的1,650,763.73倍），1983年又改为“光在真空中2亿9979万2458分之一秒的行进距离”，并沿用至今。
堀泰明介绍说，在18世纪末，为了定义米制而进行的测量“困难之极”。
定义“米”的历史中一个非常有趣的部分是它在1795年的定义。当时法国国内要求建立一个“可在任何地方使用的单位系统”的呼声日益高涨，并决定使用子午线作为标准。实际上，这个距离并不是北极和赤道之间的距离，而是纬度相差10度的两点之间的距离，测量后再乘以9。而这两点之间的距离约有1100公里。产综研计量标准综合中心组长堀泰明介绍说：“当时处于法国大革命（1789-1999 年）期间，测量工作极为困难，还因政治原因受到干扰甚至有人被逮捕，耗时六年才完成。”
为何当时的人愿耗时费力进行大规模测量？为何不采用米原器这样的小型标准？面对这个提问，堀答道：“这是一项极具挑战性的事情。当时的想法是以地球等自然物而非人造物为基准，且法国的测量技术非常发达，加之法国大革命带来的昂扬斗志，终使项目成功。”这堪称科学史上戏剧性的一幕。
计量标准普及是“科技重大成果”
1875年5月20日，17个国家在巴黎签署了《米制公约》，目的是建立计量基础，促进单位制的普及。后成立了国际计量大会、国际计量局以及国际计量委员会，负责在全球推广国际单位制。日本在十年后的1885年加入该公约，并于1959年全面实施公制，但土地和建筑物的标记除外。包括准成员国在内，《米制公约》现有101个成员国。
在公约成立的1875年，日本也在国内颁布了《度量衡管理条例》，以统一各地区不同的长度、体积和质量标准，并定义了长度单位“尺”和质量单位“匁”。这便是日本现行《计量法》的前身。巧合的是，这一年成为日本与全球共同迈向测量标准化的起点。
臼田表示，计量标准普及是科学技术的一个重大成果
至1971年，国际计量大会确立了以秒、米、千克、安培、开尔文、摩尔、坎德拉等七个基本单位为基础的国际单位制（SI）。1999年，将5月20日定为世界计量日。今年将在巴黎举行公约签署150周年的纪念仪式。
产综研计量标准综合研究中心主任、国际计量委员会干事臼田孝表示：“计量标准是超越时代、文化与国家的共同语言。人们基于‘绝对准确’的信任接受它，这正是科学技术的一大成果。米制公约堪称最成功的国际公约之一。”
我们每天的生活中充满单位与计量：上班上学时会在意“步行到车站需要几分钟”；看到售卖的点心分量减少时会对这种“隐形涨价”感到失望；对汽油和大米的价格飞涨时会不自觉地发出叹息……值此《米制公约》制定150周年之际，通过我们身边的计量重新审视生活与社会，也别有一番意义。
原文：草下健夫 JST Science Portal 编辑部
翻译：JST客观日本编辑部
【相关链接】
产业技术综合研究所 “纪念《米制公约》签署与《度量衡管理条例》颁布 150 周年专题网站”
