米的定義及其發展

一、米定義的演變

1790年，法國科學院受法國國會的委托，提出了 “米”制的建議。1791年“米制”的建議得到批準，決定以通過巴黎的子午線的四千萬分之一作為1米，并開始進行實地測量。1799年測量結束，根據測量結果，法國制造了一支銥合金矩形的金屬標準米尺，這是當時最早的公制長度實物基準，并把它保存在巴黎法國檔案局，后人稱為“檔案米尺” 隨著國際貿易的發展，各國要求建立世界統一的長度基準。十九世紀后期，國際計量局定制了30支橫截面為X形鉑銥合金的米原器復制品，它們的長度與檔案米尺相等。在1899 年召開的第一屆國際計量大會上批準了經過測量選定的其中NoVI作為國際長度基準——國際米原器，稱國際米。國際計量局還從這批米尺中留下幾支作為工作原器，并把其余的分給其他有關國家，作為各國的長度基準。1927年第七屆國際計量大會規定了由國際米確 定的米的定義是：“米是國際計量局保存的國際米原器上兩端刻線的中間刻線的軸線在0°C 時的距離”。米原器的復現不確定度約為1.1X10^-7。

由于工業生產和科學技術的發展，米原器在測量的準確度和穩定性方面都不能滿足要 求，而且作為實物基準，如果因意外而毀壞，不易復制。從二十世紀開始，各國科學家就 開始研究用自然基準來代替實物基準。I960年第十一屆國際計量大會通過了米的新定 義：“米的長度等于氪-86原子的2p₁₀。和5d₅能級之間躍遷所對應的輻射在真空中波長的 1 650 763.73倍”。采用氪-86光波作為長度的自然基準，準確度高，可達1 X 10^-8,易于測量和復現。

二、現行米的定義

隨著具有方向性好、亮度高以及空間相干性和時間相干性高等特征的激光的出現和激光穩頻和伺服技術的應用，激光頻率、激光波長和光速等方面的研究工作取得了顯著的進 展，1975年第十五屆國際計量大會提出米定義可以通過光速表示，并認為光速值保持不 變對天文學和大地測量學具有重要的意義。二十世紀中、后期科學技術突飛猛進地發展， 用氪-86光譜輻射波長實現米的準確度已經不能滿足各方面的要求,激光的復現性和方便應用等方面遠優于氪-86基準。為此，1983年10月第十七屆國際計量大會通過的米的新定義為：“米是光在真空中在(1/299 792 458)s的時間間隔內所經路徑的長度”。由于時間單位秒(s)是頻率的倒數，現有秒定義的準確度很高，而光速是個固定值，真空中的光速值已被推薦為c=299 792 458m/s,從理論上講沒有不確定度，從而米的定義可獲得很高的準確度。

三、米定義的復現方法

第十七屆國際計量大會在通過米的新定義的同時，規定了復現米的定義的三種方法。

1.用于天文測量、大地測量的復現方法

可根據距離等于時間乘速度的關系式，由所測得的時間t與固定的光速值c來復現長度L。

2.用于實驗室計量工作的復現方法

可根據  λ= c/f關系式，由所測得的頻率f與固定的光速值c來復現波長值λ。

3.用于一般測量的復現方法

可直接使用米定義咨詢委員會推薦使用的五種激光輻射和兩類同位素光譜燈輻射的任意一種來復現。所推薦的五種激光輻射是：

(1)甲烷吸收穩頻的氦氖激光輻射，其頻率和波長為：

f=88 376 181 607kHz

 λ= 3 392 231 397. 0fm

相對不確定度為1.3×10^-10。

(2)碘吸收穩頻的染料激光或1.15μm氦氖激光的倍頻輻射，其頻率和波長為：

f=520 206 808. 53kHz 

λ= 576 294 706. 25fm

相對不確定度為6×10^-10。

(3)碘吸收穩頻的氦氖激光輻射，其頻率和波長為：

f=473 612 214. 8kHz

λ = 632 991 398. 1fm

相對不確定度為1×10^-9。

(4)碘吸收穩頻的氦氖激光輻射，其頻率和波長為：

f=489 880 355. 1MHz

λ = 611 970 769. 8fm

相對不確定度為1. 1×10^-9。

(5)碘吸收穩頻的氬離子激光輻射，其頻率和波長為：

f=582 490 603. 6MHz

λ= 514 673 466. 2fm

相對不確定度為1. 3×10^-9。

所推薦使用的兩類同位素光譜燈輻射是：

(1)對應于氪-86原子在2p10。和5d5能級之間躍遷所對應的輻射：

f=494 886 516. 5MHz

λ= 605 780 210. 2fm

相對不確定度為4×10^-9。

(2)汞-198和鎘-114原子的輻射。