“律度量衡”——同律度量衡
“国际千克原器”相当于中国“嘉量”
在采用西方“米制”单位以前,中国古代早已拥有了自己的度量衡。
度量衡的出现传说始于黄帝“设五量”,“少昊同度量,调律吕”,最初都与人体相关。
夏朝时,以名人为标准进行单位的统一,出现了最早的法定单位。
在秦统一后,进行一些列的改革,其中就有文字、货币、度量衡的统一,也是在那时,中国出现了标准的度量衡制度。
西汉末年,刘歆将秦汉度量衡制度整理成文,使之更加规范和条理,后收入《汉书·律历志》,成为最早的度量衡专著。
明清两代采用营造、库平度量衡制,在钦定《数理精蕴》中已经对度量衡详加考订,并用万国权度原器与营造尺、库平两进行校验。营造尺相当于米制32厘米,库平两约合37.3克。
1928年,采用“万国公制”为标准制,辅制“市用制”作为过渡,即1公尺为3市尺,1公升为1市升,1 公斤为2市斤。1949年后,市用制通行全国。
1984年,国务院发布命令,采用以国际单位制为基础,同时选用一些非国际单位制单位的中华人民共和国法定计量单位。自1991 年1月1日起, 法定单位成为中国唯一合法的计量单位。
1959年中国确定以公制作为计量制度后,在1965年引进千克质量单位的基准器,同样为铂铱合金制成,放置在真空中,受多层保护。
此外,国内共有六个副基准,每年都会拿去中国计量科学研究院校准,基准就是我国自己的“IPK”。每3-5年,每个国家还会去国际度量衡大会上对比,比对完后,我国会把比对好的标准带回来,逐级传递到国内计量部门。
大家应该都见过老式的带砝码的秤,砝码也是需要校正的,而校正它的便是千克基准砝码,也称为千克元器,它需要保存在高精度恒温实验室里,生存条件堪比新出生的婴儿。
图 精心保护的“国际千克原器”
自1889年“大K”出现以来,每隔40年左右,科学家们就会使用溶剂和蒸汽清洗它,并仔细将原型与复制品的质量进行比对以检查它的质量。
从1889年千克定义到今天,国际千克原器与6个同等材料制成、同等保存条件的国际千克原器复制品的量值比对试验共进行了4次。结果发现,100多年间,这6个千克原器复制品与国际千克原器在质量一致性上发生了约50微克的变化。
图 图为以国际千克原器为基准的校准装置
也许你觉得50微克的重量毫不起眼,对平日的生活完全没有影响,那就错了。以毫克测量的金银饰品,无疑很看重50微克。
所以,为了解决这个问题,才最近国际单位制终于进行了重新定义。
“国际单位制基本单位重新定义以后,量子基准将取代实物基准,基本单位可实现独立复现、不再依赖于国际计量局。这将彻底改变世界计量格局——未来,国际计量局将不再是世界量值的唯一源头,主要发达国家和新兴发展中国家计量院将成为国际计量‘多中心’格局的主体。”国际计量委员会委员、中国计量科学研究院党委书记兼副院长段宇宁表示。
国际单位制中7个基本单位包括千克(kg)、米(m)、秒(s)、安培(A)、开尔文(K)、摩尔(mol)和坎德拉(cd),分别表示质量、长度、时间、电流、温度、物质的量、发光强度的单位。
这是因为7个基本单位的定义之间并不是彼此独立的,千克量值的不稳定性,还会影响SI其他基本单位的量值。比如,在基本单位定义中,电流单位安培的定义用到了导出单位牛顿,而牛顿这个单位中就包含质量单位千克。同时,摩尔的定义中也用到了千克。
千克(kg)、安培(A)、开尔文(K)和摩尔(mol)将拥有新的定义。秒(s)、米(m)和坎德拉(cd)的定义将保持不变,但是它们的表达方式会有一定改变,以与千克、安培、开尔文和摩尔新定义的表达方式相一致。
因为用实物作基准,总担心因为天灾或人祸而损毁,而采用基本物理常数重新定义基本单位后,人们就无需考虑这个问题了。并且,在以前,当新的、更准确的计量技术出现时,可能会导致基本单位的定义要被修改。
图 台北故宫博物院的“新莽嘉量”
这种以自然物作为标准器,更接近于中国的“累黍法”。中国的度量衡标准的制定非常复杂,尽力将音律、度、量、衡统一在同一自然物上,使度量衡三者都建立在同一物理量的自然基准上,也就是古代所说的“同律度量衡”!
实际上,“国际千克原器”相当于中国的“嘉量”度量衡标准器!相比之下,我觉得今天以“国际千克原器”设定的西方度量衡制度更像个孩童,远不如中国古代度量衡理念的优秀先进,也不知该说更先进了,还是又落后了才对。
同律度量衡
在《尚书·虞书》舜典篇中记载:“岁二月,东巡守,至于岱宗,柴。望秩于山川,肆觐东后。协时月正日,同律度量衡。”这段话的意思是,舜帝在二月到泰山祭祀的时候,参照山川树木的生衰秩序和气候变化,编订历法,颁布了统一的度量衡标准。
在《礼记·月令篇》仲春写道:“是月也,日夜分。”即春分日昼夜等分之相。“日夜分,则同度量、钧衡石,角斗甬,正权概。”
图 虞舜律度量衡图(采自《钦定书经图说》)
这段文字里提到的“同度量、钧衡石、角斗甬,正权概”皆是古代的度量衡标准量器校准的意思。
据史书记载,西周成王六年“周公朝诸侯于明堂,制礼作乐,颁度量,而天下大服。”,《管子·明法解》说:“明主者一度量、立仪表而坚守之,故令下而民从。”。
《论语·尧曰》:“谨权量,审法度,修废官,四方之政行焉。”,《淮南子·本经训》则认为:“谨于权衡,审乎轻重,足以治其境内矣。”这些言论,都可以视为政论家们给君王的献策:推行划一的度量衡制度,谨慎法度宽严,天下的民众就会遵从国家的法令,服从君主的统治。
《汉书·律历志》云:
“度者,分、寸、尺、丈、引也,所以度长短也,本起于黄钟之长。以子谷秬黍中者,一黍之广度之,九十分黄钟之长,一为一分,十分为寸,十寸为尺,十尺为丈,十丈为引而五度审矣”。
“量者,龠、合、升、斗、斛也,所以量多少也,本起于黄钟之龠。用度数审其容,以子谷秬黍中者,千有二百实其龠,以井水准其概,合龠为合、十合为升、十升为斗、十斗为斛而五量嘉矣。”
“权者,铢、两、斤、钧、石也,所以称物平施知轻重也,本起于黄钟之重。一龠容千二百黍,重十二铢,两之为两。二十四铢为两,十六两为斤,三十斤为钧,四钧为石。”
《六经图》中关于度量衡的内容:
“度本起黄锺之长,以子榖秬黍中者一黍之广度之九十分黄锺之长一为一分十分为寸十寸为尺十尺为丈十丈为引而五度审矣其法用铜为之高一寸广二寸长一丈引用竹为之高一分广六分长十丈
量本起黄锺之龠,其容以子榖秬黍中者千二百实其龠以井水凖其槩合龠为合十合为升十升为斗十斗为斛其法用铜上为斛下为斗左耳为升右耳为合龠
衡本起黄锺之重,一龠容千二百黍重十二铢两之为两二十四铢为两象二十四气十六两为斤三百八十四铢象易二篇之爻三十斤为钧重万一千五百二十铢当万物之数四钧为石重百二十斤象十二月”
图 《六经图》中的“律度量衡图”+文字内容
那么‘同律’又代表着什么呢?
“同律度量衡”意思是统一音律标准、长度标准、重量标准和容积标准。自秦始皇颁布诏书统一度量衡后,计量工作逐步走向规范化、法制化的轨道。
“同律度量衡”是中国古代伟大的科技成果,我国古人巧妙地发现了古代音律和度量衡之间的关系,以黍米这种粮食作物为中介,将两者之间的关系具体化,进而制定了一系列的度量衡制度。
有的人将‘同’解释为统一、齐同,将‘律’解释为音律,并引申为音乐。
所谓‘同律度量衡’,就是指统一了音乐、长度、斗斛、斤两的标准。
有的人认为‘同’代表着阴律,‘律’代表着阳律,所谓‘同律’,实际上就是‘律吕’的意思。
律吕,是古代音律的统称,按照音高的不同共分为十二律,六阴六阳。
古人将音乐视为上天的恩赐,对待音乐,极其的严谨。‘礼乐文化’就是对此最有利的说明。
‘同律度量衡’,就是要像对待音律那样,慎重的对待‘度量衡’,制定标准。
两种对‘同律’的不同解读,最终的意思大致是相近的。两种理解也都算是对的,只是因为理解角度、层次导致的不同, 前者的解释符合我们现代人的标准,后者的解释接近古人‘阴阳五行’、‘天人合一’的思维方式,但不能说古人就没有前者之意。
“律”代表音律,“度量衡”是分别计量长短、体积、重量的器具。律度量衡应该是要求统一规范音律、度、量、衡等标准。这对当时的农业工事、商贸活动、文化要求等有益处。
至于“律”和“度量衡”之间的关系,《魏书·律历志》中有过记载,“度律量衡,此四者乃是工者之要务,生民之所由,四者何先?以律为首”。所以他们之间是有着密不可分的关系。
因此,“同律度量衡”是指全国范围内统一用乐律标准来规范度量衡制度。由于度量衡器具会发生热胀冷缩变化或磨损,而用黄钟标准音来规范度量衡标准,则是最合理最先进的思维。