“米”的诞生是为解决长度计量混乱问题而进行的一个科学尝试。1790年,法国国民议会通过决议,责成法国科学院研究如何建立长度和质量等基本物理量基准的问题,为统一计量单位打好基础。1791年,米的定义诞生了,即把经过巴黎的地球子午线,也就是经线长度的4000万分之一定义为1米。
为什么要选取地球子午线作为米定义的参照系呢?因为当时认为地球子午线长度是固定不变的。关于米的名称,则是选取古希腊文metron(度量)一词,后来则演变为metre(meter)。
从1792年开始,法国天文学家利用7年时间完成了通过巴黎的地球子午线长度的测量工作。1799年,法国科学院根据测量结果制作了1米的长度基准——米原器。米原器用铂制成,后被保存在巴黎档案局,因此又被称为“档案米”。科学家发现,“档案米”要比实际值长了大约0.2毫米。误差可能源于当时的技术条件限制,但并不影响米原器的科学地位。
1875年5月20日,20个国家正式签署《米制公约》,确定米制为国际通用的计量单位,并决定成立国际计量委员会和国际计量局。1889年,在第一届国际计量大会上,批准了“米”的定义,即1米的长度等于国际米原器在冰熔点温度时两刻划线间的距离。
然而,国际米原器的精确度只有0.1微米,并且难以复现,容易损坏,随时间会有缓慢的变化。所以,随着科学技术的发展,人们越来越希望把长度的基准建立在更科学、更方便和更可靠的基础之上。这样一来,用自然米取代实物米就成为了一个必然趋势。
19世纪末,科学家在实验中发现镉的红色谱线具有非常好的清晰度和复现性。1927年,国际上决定用这条谱线作为光谱学的长度标准,这是科学家找到的第一个可用来定义米的非实物标准。人们后来又发现,氪-86的橙色谱线比镉红线还要优越。1960年,在第11届国际计量大会上,决定用氪-86橙线代替镉红线,由此把1米长度定为氪-86原子在两个特定能级之间跃迁的辐射在真空中波长的1650763.73倍。
但是,由于原子光谱的波长太短,又容易受到电流、温度等因素的影响,因此精度仍受限制。科学家发现,用激光代替氪谱线可进一步提高长度测量的精度。1983年10月,第17届国际计量大会通过了米的新定义:1米是光在真空中1/299792458秒的时间间隔内的行程长度。此次关于米的定义是长度计量科学史上的一次革命,具有非常重要的科学意义。
把光速作为一个精确的常数,可以把长度单位统一到时间计量上,这样就可以利用时间计量的高精度来提高长度计量的精度了。