自有文明以來(lái)，測(cè)量就一直是詮釋社會(huì)、政府和進(jìn)步的助力。當(dāng)分割土地、種植莊稼、建造宮殿、貿(mào)易商品、征收個(gè)稅、保存記錄和慶祝節(jié)日時(shí)，都必須將長(zhǎng)度、面積、體積、角度、重量、價(jià)值、語(yǔ)言和時(shí)間量化和系統(tǒng)化�，F(xiàn)代社會(huì)中，測(cè)量已經(jīng)擴(kuò)展到收銀機(jī)、通信衛(wèi)星和大腦掃描儀。它通過(guò)檢查、利率、選舉和民意測(cè)驗(yàn)等手段，幾乎規(guī)范著我們生活的各個(gè)方面。
本書(shū)全部用插圖概述的方式解釋了測(cè)量單位和測(cè)量?jī)x器背后的意義，并說(shuō)明如何在電子、地球和星辰等物質(zhì)世界以及人體和意識(shí)中使用測(cè)量。
本書(shū)有的是迷人的歷史，有的是前沿的科學(xué)，共同探索了從溫度、地震和放射，到音樂(lè)、血液和社會(huì)觀念等一切可以測(cè)量的對(duì)象，以及法國(guó)大革命期間米制的起源。它帶領(lǐng)讀者領(lǐng)略從已知世界邊緣的哈勃望遠(yuǎn)鏡圖像，到意識(shí)深處的智力測(cè)驗(yàn)的故事。
譯者序
測(cè)量具有悠久的歷史，是人類(lèi)文明繁榮的必要條件。人類(lèi)對(duì)數(shù)和量的認(rèn)識(shí)，可以追溯到原始社會(huì)。原始的測(cè)量幾乎和人類(lèi)本身一樣古老。現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的最早泥板文獻(xiàn)來(lái)自美索不達(dá)米亞，刻于公元前4000年末，記錄了勞動(dòng)力等級(jí)制度和國(guó)家機(jī)構(gòu)發(fā)放給勞動(dòng)者的口糧數(shù)量。我國(guó)古代早期，民間確定測(cè)量單位量值的方法則是“布手知尺，布指知寸”。所有測(cè)量都力圖用數(shù)字和統(tǒng)計(jì)來(lái)簡(jiǎn)化和表達(dá)世界。
隨著人類(lèi)進(jìn)步，測(cè)量范圍不斷擴(kuò)大，測(cè)量精度也逐步提高，出現(xiàn)了專(zhuān)用的測(cè)量單位和器具。隨著朝代更迭，制度變遷，這些測(cè)量單位和器具既傳承又變化。
當(dāng)今世界測(cè)量已經(jīng)與人們的生活方式緊密相連，測(cè)量無(wú)處不在，例如時(shí)鐘、電表、溫度計(jì)、衣服尺碼、食品保質(zhì)期、酒精含量、體育比賽成績(jī)、銀行賬戶(hù)、互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議、無(wú)線(xiàn)電頻率、問(wèn)卷調(diào)查、人口普查以及其他形式的測(cè)量。發(fā)達(dá)國(guó)家的政府通過(guò)精密測(cè)量和稅收對(duì)現(xiàn)代城市進(jìn)行管理。英國(guó)科學(xué)家開(kāi)爾文勛爵說(shuō)：“實(shí)現(xiàn)測(cè)量并能用數(shù)量表述，才算真知；不能測(cè)量又不能用數(shù)量表述，說(shuō)明學(xué)識(shí)淺薄、知之不夠。\"
測(cè)量技術(shù)的發(fā)展與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展需求相適應(yīng)。大規(guī)模機(jī)械生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)零部件提出了互換性要求。貿(mào)易活動(dòng)的日益擴(kuò)大提出了建立統(tǒng)一的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。一旦這些標(biāo)準(zhǔn)建立起來(lái)，不同人在不同時(shí)間、地點(diǎn)進(jìn)行的測(cè)量過(guò)程就有了統(tǒng)一的依據(jù)，測(cè)量結(jié)果可以相互比較。也就是說(shuō)，測(cè)量過(guò)程可以溯源到統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。這種可以溯源到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量就稱(chēng)為計(jì)量，而統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)就是計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)于測(cè)量及其應(yīng)用的科學(xué)稱(chēng)為計(jì)量學(xué)。雖然計(jì)量學(xué)在公眾心目中，甚至在學(xué)術(shù)界都沒(méi)有太高的名氣，但計(jì)量學(xué)的研究卻為世界性的測(cè)量體系的建立提供了技術(shù)基礎(chǔ)。我國(guó)政府在過(guò)去幾十年來(lái)，一直對(duì)計(jì)量工作給予充分的重視。1999年，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院代表中國(guó)政府正式簽署了《國(guó)家計(jì)量基（標(biāo)）準(zhǔn)互認(rèn)和國(guó)家計(jì)量院簽發(fā)的校準(zhǔn)與測(cè)量證書(shū)互認(rèn)》協(xié)議。目前我國(guó)已有1266項(xiàng)國(guó)際互認(rèn)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，排名亞洲第一，世界第四。一批前沿的科研成果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，一批自主科研成果服務(wù)我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展需求，但仍存在重技術(shù)，輕\"文化\"現(xiàn)象。世界各國(guó)的計(jì)量都對(duì)世界文化的發(fā)展和傳承有著深遠(yuǎn)的影響。《測(cè)量的故事》這本書(shū)給我們闡述了廣泛的測(cè)量，小到\"原子\"和\"思想\"，大到\"宇宙\"和\"社會(huì)\"。通過(guò)一系列測(cè)量的故事，向讀者展示了測(cè)量的世界、計(jì)量的歷史，深入淺出、感同身受。
本書(shū)適合所有對(duì)測(cè)量以及計(jì)量文化感興趣的人員閱讀。
中國(guó)質(zhì)檢出版社為本書(shū)從策劃到出版提供了有力幫助和支持，國(guó)家質(zhì)檢總局計(jì)量司及北京市科協(xié)對(duì)本書(shū)的出版提供了經(jīng)費(fèi)支持，在此表示衷心的感謝。本書(shū)主要由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院的同志完成翻譯并審讀，由于專(zhuān)業(yè)知識(shí)和時(shí)間的限制，書(shū)中肯定會(huì)有不妥之處，懇請(qǐng)各位讀者對(duì)本書(shū)提出批評(píng)和建議，以便于我們不斷修訂、完善。
《測(cè)量的故事》編譯組
2016年6月
北京
安德魯·魯濱遜，著有暢銷(xiāo)書(shū)《喚醒沉睡的文字》(The Story of Writing)和阿爾伯特·愛(ài)因斯坦（Albert Einstein）、托馬斯·楊(Thomas Young)和薩蒂亞吉特·雷伊(Satyajit Ray)等受歡迎的名人傳記。他曾任泰晤士報(bào)高等教育增刊（The Times Higher Education Supplement）文字編輯，現(xiàn)在是劍橋大學(xué)沃爾森學(xué)院（Wolfson College, Cambridge）訪問(wèn)學(xué)者。
引言 1
第一篇 測(cè)量的含義 12
第一章 米制的由來(lái) 14
古希臘人對(duì)地球的測(cè)量·經(jīng)緯度·地球形狀的研究·測(cè)量米·國(guó)際米制化進(jìn)程
第二章 數(shù)字與數(shù)學(xué) 26
計(jì)數(shù)與會(huì)計(jì)·算籌，結(jié)繩與算盤(pán)·古代數(shù)字·數(shù)基·零和無(wú)窮大·坐標(biāo)·幾何學(xué)·黃金分割·分形·數(shù)學(xué)：自然科學(xué)？人文科學(xué)？
第三章 常用單位 40
重量與密度·長(zhǎng)度與距離·面積與體積·角度·貨幣與價(jià)值·時(shí)間
第四章 儀器與技術(shù) 58
準(zhǔn)確度和精密度，誤差和不確定度·一根繩子有多長(zhǎng)？ ·望遠(yuǎn)鏡·顯微鏡·溫度計(jì)·氣壓計(jì)·地震儀·蓋革計(jì)數(shù)器·光譜儀·激光器·國(guó)家計(jì)量機(jī)構(gòu)
第二篇 對(duì)自然的測(cè)量 74
第五章 原子 76
原子與量子論·原子鐘·放射性與同位素·元素周期表·離子與化合價(jià)·化學(xué)濃度·酸堿度·體積與壓強(qiáng)·溫度與能量·質(zhì)量與千克基準(zhǔn)·材料、應(yīng)力及應(yīng)變·輻射與顏色·相對(duì)論·聲音·電和磁·納米技術(shù)
第六意 地球 100
羅盤(pán)·土地勘測(cè)·衛(wèi)星·氣象與大氣層·風(fēng)暴、颶風(fēng)和龍卷風(fēng)·閃電·氣候變化·地質(zhì)年代·板塊構(gòu)造論·地震·海嘯·火山·礦物、鉆石和黃金·物種
第七章 宇宙 130
日心說(shuō)·行星運(yùn)行·月球·行星·太陽(yáng)·恒星·彗星·黑洞·自然界中的常數(shù)·宇宙膨脹及大爆炸
第三篇 對(duì)人類(lèi)的測(cè)量 150
第八章 思想 152
語(yǔ)言·詩(shī)節(jié)韻律及韻律分析·旗語(yǔ)和莫爾斯電碼·文字系統(tǒng)·速記·紙張大小和圖書(shū)開(kāi)本·圖書(shū)與圖書(shū)館分類(lèi)法·字體排版·攝影·計(jì)算·工具、釘子及螺絲·音樂(lè)與歌唱·IQ和智力
第九章 人體 170
人類(lèi)基因組·血液·醫(yī)學(xué)掃描·眼睛與鏡片·身體質(zhì)量指數(shù)·卡路里和食品添加劑·酒精含量·空氣質(zhì)量與花粉量·防曬系數(shù)·醫(yī)學(xué)處方·疾病潛伏期·疼痛·壓力因子·紡織品與托格值
第十章 社會(huì) 188
日歷·時(shí)區(qū)·郵政編碼·民意調(diào)查·人口普查·ID、真相及謊言·種族·軍銜·槍支口徑·經(jīng)濟(jì)學(xué)·彩票與賭博·體育與比賽·集合名詞
后記：萬(wàn)物之尺 206
延伸閱讀 212
圖片來(lái)源 214
索引 216
國(guó)際米制化進(jìn)程
從法國(guó)大革命到1960 年引入國(guó)際單位制（SI）的一個(gè)半世紀(jì)里，米是通過(guò)保存在巴黎附近塞夫勒的國(guó)際計(jì)量局的金屬尺長(zhǎng)度來(lái)規(guī)定的，其復(fù)制品已分發(fā)給各國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)。在1889 年，用致密的鉑銥合金制造了一個(gè)新的原型尺。該原型尺橫截面為X形，目的是使得支撐良好時(shí)，下垂和變形最小。在兩端的拋光面上有細(xì)的水平標(biāo)線(xiàn)，適合用千分尺進(jìn)行可視設(shè)置，較粗的垂直線(xiàn)則用于監(jiān)測(cè)在0 ℃ ~20 ℃范圍內(nèi)的金屬膨脹。標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度始終在0 ℃下測(cè)量。
這種金屬尺的缺點(diǎn)很明顯。在20 世紀(jì)的上半葉，科學(xué)家們想盡各種辦法，尋找用光波波長(zhǎng)重新定義米長(zhǎng)度的技術(shù)，即可以在任何實(shí)驗(yàn)室利用適當(dāng)設(shè)備進(jìn)行測(cè)量的恒定標(biāo)準(zhǔn)。1960 年，用氪的譜線(xiàn)重新定義了米。隨后在1983 年，現(xiàn)行基于光速的米定義被采納：如今1 m 等于光在真空中（1/299792 458）s 所行進(jìn)的距離。下表列出了米的可測(cè)量準(zhǔn)確度的改進(jìn)過(guò)程：
時(shí)間 定義米的基準(zhǔn) 準(zhǔn)確度
1791年 地球子午線(xiàn)四分之一的千萬(wàn)分之一 ±0.06 mm
1889年 原型尺 ± 0.002 mm
1960年 氪的波長(zhǎng) ±0.000007 mm
1983年 光速 ±0.000 000 7 mm
至今 同上，用改進(jìn)后的激光器 ±0.000 000 02 mm
米制在全球的普及見(jiàn)第9頁(yè)。繼法國(guó)之后采用米制的國(guó)家都是受法國(guó)規(guī)則直接影響的鄰國(guó)。令人驚訝的是，在1815 年拿破侖倒臺(tái)之后，低地國(guó)家（Low Countries） 仍在繼續(xù)使用米制。在1840年之前法國(guó)新舊計(jì)量體系的妥協(xié)時(shí)期，盧森堡、荷蘭和比利時(shí)仍然遵循米制。
西班牙在19世紀(jì)50和60年代推行了米制。隨后，作為各自政治統(tǒng)一的一部分，德國(guó)和意大利也采用了米制。不久后，葡萄牙、挪威、瑞典、奧匈帝國(guó)和芬蘭等國(guó)紛紛加入這一陣營(yíng)。到1900年，遠(yuǎn)超一半的歐洲國(guó)家推行了米制。殖民帝國(guó)扮演著他們預(yù)期的角色。在20世紀(jì)下半葉之前，西班牙的米制化意味著其在南美洲剩余殖民地計(jì)量體系的改變（至少是官方的），法國(guó)的米制化則支配著阿爾及利亞和突尼斯。而英國(guó)遲遲未采用米制，使得澳大利亞、加拿大和印度的米制化延遲到了20世紀(jì)后半葉。
1918 年，蒙古國(guó)改用米制，是第一個(gè)改用米制的亞洲國(guó)家。隨后， 20世紀(jì)20年代，阿富汗與柬埔寨也改用米制。在日本，米制遭到強(qiáng)烈反對(duì)，直到20 世紀(jì)50 年代才完成米制的轉(zhuǎn)變。而中國(guó)的米制化則要等到1959年，也就是新中國(guó)成立之后第10年。至于在前蘇聯(lián)，十月革命之后的1924年就推行了米制，是政治劇變推動(dòng)了米制化。
英國(guó)政府在1965年正式承認(rèn)了米制，然后在1979年恢復(fù)了英尺，并廢除了米制化委員會(huì)。自1974 年以來(lái)，英國(guó)的學(xué)校一直教授著米制，同時(shí)包裝上除了用英制外，也逐漸引入了米制，但是卻沒(méi)有打算改變道路標(biāo)志，而且新聞報(bào)道也隨意混用英制與米制單位。要英國(guó)接受米制可能還需等待十年一一大約自1965年算起，像法國(guó)從1791年—1840年需要半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間一樣!
至于美國(guó)，則沒(méi)有絲毫政治意愿推行米制。甚至在科學(xué)領(lǐng)域，舊的計(jì)量單位有時(shí)與米制一起使用。比如1999年發(fā)生的一件令人哭笑不得的事，由于一個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)使用了傳統(tǒng)的單位，而另一團(tuán)隊(duì)則使用米制單位，導(dǎo)致美國(guó)國(guó)家航空航天局向火星發(fā)射的探測(cè)器在太空中失聯(lián)。在美國(guó)民眾中，蓋洛普（Gallup）民意測(cè)驗(yàn)表明，從1971年—1991年，人們對(duì)米制的認(rèn)識(shí)從38個(gè)百分點(diǎn)增長(zhǎng)至80個(gè)百分點(diǎn)，但是贊成采用米制的卻從50個(gè)百分點(diǎn)降至26個(gè)百分點(diǎn)。
……
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