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聊聊计量发展与科技进步之间的关系

刘彦刚

2019/07/21

仪器检定/校准/计量

聊聊计量发展与科技进步之间的关系

原创：王志忠梁卫社计量资讯速递 2019-7-21

计量，中国古称度量衡。作为一门人们用以认知世界衡量事物的学科，自出现以来就与数学、物理、天文、律学、建筑、冶炼等科学技术的发展相互促进，可以说，计量与科技进步有着密不可分的关系。
一、古代计量与科技

早在春秋战国时期，《周礼·考工记》记载:“栗氏为量。改煎金锡则不耗，不耗然后权之，权之然后准之，准之然后量之，量之以为釜。深尺，内方尺而圜其外，其实一釜。其臀一寸，其实一豆。其耳三寸，其实一升。重一钧。其声中黄钟之宫。概而不税。”意思是说，栗氏嘉量由3个筒形量器组成。中部的大筒深一尺，以一个一尺为边长的正方形的外接圆为圆周，其容量为一釜；釜底部的圈足高一寸，容量为一豆；釜两侧各有一三寸长的耳，容量为一升。同时详细记载了制作这件量器时冶炼青铜和铸造的技术条件。这段文字可以说明，当时我国的冶炼技术对计量发展的支撑作用。

对于青铜冶炼，《周礼·考工记》则有:“六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐；五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金而锡居一，谓之戈戢之齐；三分其金而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金而锡居二，谓之削杀矢之齐；金锡半，谓之鉴燧之齐”。这里对青铜合金的冶炼作出了量值(齐)的描述，也说明当时的工匠利用计量已掌握了较高的合金冶炼技术，度量衡正是冶金技术进步的基础。

到了汉代，相对稳定的中国带来了科学技术的飞速发展，度量衡器具的制作也越来越精良。西汉末年，王莽秉政后，为了满足其托古改制的政治需要，广泛征集当时学识渊博、通晓律历的学者百余人，在国师、著名律历学家刘歆的主持下，系统地考证了历代度量衡制度，完成了中国历史上规模最大的一次度量衡制度改革。这一改革，主要取得了两个方面的重要成果:一是建立了我国古代历史上最系统、最权威的度量衡学说，其主要内容被东汉班固收入《汉书·律历志》，成为后世历代考订度量衡制度的重要理论依据；二是监制了一批度量衡标准器，为推广其度量衡制度提供了具体实物依据。

其中新莽卡尺和新莽铜嘉量等均有着精巧的设计方案，制造技术也相当精良，充分体现了当时的技术和制造水平。

新莽卡尺与现代游标卡尺相比较，二者有惊人的相似之处。同样由固定和活动两部分组成，用此量具既可测器物的直径，又可测其深度以及长、宽、厚，均较直尺方便和精确。

新莽嘉量铸造精巧，在同一器具上分别对“龠、合、升、斗、斛”加以规范，在5个单位量器上，分别刻有铭文，详细记载了该量的形制、规格、容积以及与它量之换算关系。

同一时期，科学家张衡发明了记里鼓车。据记载，记里鼓车分上下两层，上层设一钟，下层设一鼓。记里鼓车上有小木人，头戴峨冠，身穿锦袍高坐车上。车走10里，木人击鼓1次，当击鼓10次，就击钟1次。

正是由于当时科技和制造业的发展，才产生了如此精密准确以及自动运行的计量器具。

而在嘉量的设计过程中，圆周率是一个举足轻重的因素，它决定了“庣旁”的大小，而“庣旁”则决定了斛的设计准确度。刘歆最后得出的“庣旁”为9厘5毫。根据这一数字，可以倒推出他使用的π值是3.1547。这正是数学发展带给计量的进步。

反过来，祖冲之为了考校刘歆的设计是否精确才对圆周率进行了推算，得到了3.1415926<π<3.1415927这样的结果，这也是着眼于计量科学的发展带给他在计量科学研究中所获得的数学成果。

二、现代计量与科技

近现代，三次工业革命的历程又一次证明了计量与科技之间密不可分的关系。

牛顿通过苹果发现了万有引力，力学进入计量的范畴。第一次工业革命后，进入蒸汽机时代，一方面温度和力值的测量促进了蒸汽机的研发；另一方面，蒸汽机的应用加快了对温度和压力测量的需求。

19世纪70年代起，以电流磁效应、电磁感应以及直流发电机的发明为先导，欧洲爆发了第二次工业革命。伴随着科学技术一系列的重大突破，电灯、电车等电气产品如雨后春笋般问世，柴油机、内燃机及新兴通信手段和化学工业等也迅速发展起来，人类由“蒸汽时代”进入“电气时代”，第二次工业革命带领世界进入电器时代。在这个过程中，电学指标的测量大大加速了对电特性的研究，而研究结果又推动了电工仪表的进步，电工仪表从简陋的电磁指示装置改进到完善的电流、电压、频率等高精度电特性仪表。

第三次工业革命涉及信息、能源、材料、生物、空间技术和海洋技术。这次革命中，计量测试在各个领域中发挥了不可替代的作用。计量朝着极大、极小、极高和极低的高精度发展，促进了纳米技术、航天技术等现代科技的突飞猛进。原子能、化工、半导体、电子计算机、超导、激光、遥感、宇航等新技术的广泛应用，使计量日趋现代化，计量的宏观实物基准逐步向量子(自然)基准过渡。而新技术又带给计量更加广阔的发展空间，遥感技术、智能技术、在线检测技术层出不穷。

新中国成立后，在党和政府的关注下，计量事业有了新的发展。特别是改革开放以来，和平的环境及经济的发展带动了计量事业飞速成长。如今，计量已经被赋予新的内涵和使命，成为国家核心竞争力的重要标志之一。对计量对科技的基础作用，聂荣臻同志有一句名言:“科技要发展，计量须先行。”

新中国成立初期，我们主要依靠前苏联和东德的帮助，而现在，自主创新能力大大加强，在国际最前沿、最尖端的量子计量研究方面，综合不确定度为2.4×10^-10的量子化霍尔电阻标准装置，位列国际同类基准之首，取得比国外最好水平还要高出10倍的重大突破。

伴随着计量科技的发展进步，我国计量服务保障能力和参与国际事务能力也在不断增强。在航天工程、科技发展、卫星导航等领域发挥着重要的支撑作用，得到国际承认的校准测量能力已达1200多项。计量水平已经达到世界领先地位。由中国计量科学研究院研制的第二型铯原子喷泉钟，目前不确定度为1.5×10^-15，其准确度已超过绝大多数发达国家，为我国的航天、交通、金融、智能电网、信息及卫星导航等领域处于国际先进水平打下了坚实的基础。

三、结束语

正如上文所述，计量与科技互相依托，又互相促进。展望未来，人类将进入“超工业社会”或“信息社会”。那时，各类几何参数、物理特性、物质纯度等的测定与控制，都是精密测量。总之，科学技术的发展，特别是物理学的成就，为计量的发展创造了重要的前提，同时也对计量提出了更高的要求，推动了计量的发展；而计量的成就，又促进了科技的发展。正如门捷列夫所说:“没有计量，便没有科学”。

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刘彦刚

第1楼2019/07/22

应助达人

真的是计量与科技互相依托，又互相促进。计量的精准推动科技进步，科技进步又反辅计量，使计量进一步精准。

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