公尺是长度的基本单位,1公尺＝1米=3市尺＝3.2808英尺＝1.0936码
公尺(meter)是由巴黎科学院(Paris Academy of Sciences)于1791年所制定的,当时的定义是「通过巴黎的子午线,从北极到赤道的长度的千万分之一是一公尺」.为实现这个定义,一群大地测量家花了6年的时间,测量从敦克尔克(Dunkirk)到巴塞罗那(Barcelona)之间的距离,并把这个定义做成了长度是1公尺的白金棒.但由于测量误差,这个公尺原器有0.2公厘的误差.经过许多年,公尺制度渐渐被世界各国所接受,有20个国家於1875年签订公约,并成立国际度量衡局负责相关的业务.1889年国际度量衡局改良第一代公尺原器的设计,制作了30支截面是X 形的铂铱合金棒,分赠给各会员国,来统一及推广公尺的定义.并於1927年,把保存在国际度量衡局内的改良型公尺原器,当它在摄氏0度时,原器上两端刻线间的距离,做为国际公尺的定义.
但是用铂铱合金棒上的刻线来定义公尺,有许多缺点,例如刻线品质和材质稳定性都会影响尺寸的稳定性及重现性,而且一旦毁损后也无法复原.随着科技的发展,人们希望把长度基本单位建立在更科学,更可靠的基准上,而不再是用某一实体的尺寸做为标准.
1893年迈克尔逊利用镉的红光波长及其发明的干涉仪,来量测铂铱公尺原器的长度,从而激发科学家用光波波长做为长度基准的想法.经过许多科学家对众多物质的光谱进行有系统的研究后,向国际度量衡局建议3条可能做为长度基准的光波谱线.最后在1960年第11届国际度量衡大会中,通过以氪-86的辐射光波为长度基准,并定义「公尺等於氪-86原子在2p10和5d5能阶间跃迁时,辐射光的真空波长的1,650,763.73倍」.1960年的一个重大技进展是雷射诞生了,科学家利用其优异的单色性,方向性,以及消除75科学发展2005年5月,389期巴黎科学院在1791年制定「通过巴黎的子午线,从北极到赤道的长度的千万分之一是一公尺」.行时间法,即量测短脉冲光波行经待测长度时所需的时间,再乘以光速值就可得到长度值.这是属於长距离量测方式,适用在大地测量及卫星雷射测距.第二种是干涉法,量测方式是用已知波长的光源搭配光干涉技术来量测待测长度,最后长度值等于干涉条纹数乘上波长值.这是属於短距离量测方式,其准确度非常高,也是各国国家标准实验室采用的量测方法.
现今的光源有很多种,波长则从可见光到不可见光都有,但一般人并没有能力量测光波的波长或频率,因为它需要特殊的技术与设备.有鉴于此,国际度量衡局根据许多科学家的研究结果,建议了12条已知波长的辐射谱线,并清楚地描述其实施方式与工作条件.中华民国国家度量衡标准实验室则根据国内需求,建立了3条建议辐射做为长度的原级标准,分别是碘稳都卜勒宽度的技术,使其频率稳定性及重复性比氪-86高了100倍以上.除此之外,光波频率及光速值的量测技术也有惊人的进展.经过物理学家及计量学家数十年的研究与验证,终於在西元1983年的第17届国际度量衡大会通过了新的公尺定义,「1公尺等于光在真空中1299,792,458秒之间所行走的距离」.这个定义的特点是把真空中的光速值视为一个不变的物理常数,它的数值是299,792,458 公尺秒.历经了上述3次重大的变革,公尺的定义与实现方法已经分开,长度基准不再是某一种规定实体的尺寸或某一特定的辐射波长.因此公尺实现的准确度不再受定义限制,相反地,它会随著科技进展而不断地提升.如何把公尺定义应用到实体的长度量测上 根据国际度量衡局的建议,实现的方法有两种.第一种是飞频633nm雷射,碘稳频532nm雷射
及钙稳频657nm雷射.如果以碘稳频633nm雷射为光源,用光干涉的方式在真空中量1公尺的长度,其不确定度是2.5×10—11公尺.由於大部分量测系统是在普通的大气环境下工作,因此在空气折射率的影响下,即使采用碘稳频633nm雷射进行干涉测长实验,以现在的技术水准,1公尺的量测不确定度最多可达到千万分之一公尺.这对一般的应用已足够,但如果要提升量测准确度,就必须在真空下进行实验或改善空气折射率的量测技术.
总之,公尺定义经过200年的演进,长度的基准已不再是一个实体,而是一个物理定义,任何人只要依上述的方法,都可产生1公尺的标准.
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