千克原器

2011年2月，《纽约时报》的记者萨拉·莱尔报道称，“千克”的世界标准重量实际上已经变轻了。“这一变化是在对千克原器与其官方副本进行比较时发现的，两者之间的差别只有大约50微克，相当于一颗小沙粒的质量。但它表明，作为这个不确定世界中的一座稳定灯塔的千克原器，现在已经失去了其最初建造的意义。”4为了能够彻底探寻这一发现的根本意义，有必要重申的是，这块世上独一无二的铂铱合金铸件就是标准的“一千克”。也就是说，在称量重量的时候，除了它，世上再没有其他可以确保我们的称量准确无误的标准了。这是我们现代生活中最奇怪的同义反复之一：一千克的质量与锁在法国塞夫尔某个地下室中的三个钟形玻璃罩下的那个一千克（原器）的质量相等……只有持有这个密室钥匙的三个人同时到场，打开密室大门，才能接触到那个千克原器。与国际计量学界用其他不太稳定的标准来替代的“米”和“公升”不同的是，这块千克原器是我们确定“一千克”到底有多重的终极手段。经过数十年的斗争和分歧，国际计量局最终于1889年就“千克”标准达成一致意见。从那之后，这个高度与宽度大致相等的抛光金属圆柱体就一直充当标准重量的角色。随之而来的问题是：“他们怎么知道它有一千克重？”它又是对照什么来衡量的？在《哲学研究》一书中，哲学家路德维希·维特根斯坦曾用开玩笑的语气描述过关于标准“米”的同样的困境，他如此说道：“有一件事物，人们既不能说它是一米长，也不能说它不是一米长，这就是巴黎的标准米。”正如莱尔的报告所指出的那样，科学家通过对照千克原器的副本来验证千克原器的质量，这使得这种同义反复的情况变得更为复杂。仔细思考一下这一发现的意义：如果质量的通用标准（千克原器）不再是它本身，那么这对它所有的官方副本意味着什么？它们还算是副本吗？它们的真实重量是多少？是一千克？还是比一千克多50微克？

数十年来，这个特殊的问题一直困扰着科学家。对度量衡（我们理解世界上各种数量的尺度）的精确性和普适性的研究是一门相当年轻的学科，而我们的科学发现和国际贸易所依据的普遍标准则出现得更晚一些。人们可能会认为，几个世纪以来，这些尺度应该是一成不变的，然而事实并非如此。1866年，美国颁布了第一部建立“官方”计量系统的全国性法律，规定“从本法案通过之日起，在整个美国使用国际公制度量衡是合法的”5。这不是印刷错误：美国国会通过的第一部规范度量衡的法律就是采用国际公制作为标准，虽然当时全美范围内都使用英制度量制度。当时，国际公制是一个更为完整的标准化系统。因此，虽然美国并未使用这一测量系统，但美国政府仍用它作为度量衡的基准。

各类标准的发展演变不仅仅是科学和贸易的问题。正如约翰·昆西·亚当斯在1821年提交给国会的一份报告中指出的那样，对规则的、可重复的和统一的尺度的追求还涉及道德因素。

度量衡应该可以被列入人类社会中的个人生活必需物之列。它们渗透到每个家庭的经济安排和日常事务之中。对下面所列举的一切，度量衡都是必不可少的：工业社会中的每种职业、各类财产的分配和安全、每一笔商贸交易、平民百姓的劳动、工匠们的新颖设计、哲学家的研究、古文物研究者的考察、水手航行、士兵行军、所有的和平交流和所有的战斗行动。度量衡是教育的首要内容之一，那些向来什么都不学且连读写都不会的人也会学习相关知识。通过习惯性的应用，这些知识被牢固地印在劳动者的记忆之中，终其一生不会忘记。6

尽管他的论证激情四射，但直到20世纪，科学家们仍然对什么是基本的、可验证的度量单位存在分歧。大多数推行普遍标准的重要国际协议的达成都远远迟于亚当斯时代，而寻找较为稳定的常量的工作今天仍在继续。

国际计量大会于1960年创立了国际单位制，与我们息息相关的各类标准单位都是这个国际机构创立的。国际计量大会随后成立了国际计量局，其职能就是定义和验证单位制。它的各种发现是衡量我们自身和周围世界的基础。截至目前，国际计量局已经创立了7个基本的标准单位：米（长度单位）、千克（质量单位）、秒（时间单位）、安培（电流单位）、开尔文（热力学温度单位）、摩尔（物质的量单位）和坎德拉（发光强度单位）。国际单位制中“坎德拉”的定义是，一光源在给定方向上的发光强度，该光源发射频率为540×1012赫兹的单色辐射，且在该方向上的辐射强度为每球面度1/683瓦特。“安培”的定义是，在真空中，截面积可忽略的两根相距一米的平行而无限长的圆直导线内，通以等量恒定电流，导线间相互作用力在每米长度上为2×10-7牛顿时，则每根导线中的电流为一安培。此外，尽管几十年来科学家一直在寻找一个物理标准，但“千克”的定义是这样的：“千克是一个质量单位，它等于国际千克原器的质量。”7很显然，这些单位中有一个的制定标准跟其他的不一样——千克是国际单位制中唯一剩余的基于一个物理的、现有的参考原器的计量单位。它本身是独一无二的。事实就是如此。对所有其他标准来说，科学家已经确定了“物理”测量标准，这些标准不是基于同义反复，而是基于世界上任何地方的科学家都可以准确无误地复制的过程（不需要求助于人工制品）。8

在那本引人入胜的、以探索测量史而著称的《度量世界》中，罗伯特·克里斯详细描述了科学界为精准定义构成我们测量系统的标准而做出的各种努力。这些努力有两种形式：一是从技术层面寻求定义各种单位的通用和绝对的方法，二是国际社会为普及全球所有国家都能统一使用的系统而进行的政治努力。几千年来，我们一直有称量猪的体重、测量啤酒麦芽度和旅行里程的专门体系，但在不同的国家、不同的城镇甚至不同的封建领主之间，这些体系标准都不一样。在英制度量衡体系下长大的人们总会对一些度量单位的来源，至少是与之相关的奇闻逸事耳熟能详。我们从小就听说“尺子”与“统治者”的四肢长短紧密相关。由此，“统治者”与“尺子”在英语世界中形同意不同。一词多义，鲜活有趣。再如，“英尺”的长短取决于当权者“脚”的大小。从“一口”到“一把”，再到“一掌”，英制与古罗马的度量衡单位总会以这样或那样的方式追根溯源至“人”的身体。中国古老的量度系统也是如此。譬如，至少可以追溯至公元前400年的长度单位“尺”与“寸”，便与一个人脚的长度与手指的长度紧密相关。9纵观历史，很多人都意图建立一套神圣不可侵犯且长期有效的计量体系。然而，最终是坚持不懈的法国人于18世纪创建了一个被称为“公制”（也被称为“米制”）的国际化的十进制量度系统。截至2018年，源自法国“公制”的国际单位制已拥有59个采用国和42个准采用国，成为今天国际上最主要的量度系统。10

最初，法国“公制”的创立以看似恒定不变的物理量为标准取代了早期基于人体的测量基数。在这个过程中，“米”成为基本长度单位，继而有了计算重量的“千克”（一立方分米水的重量为一千克）和计算体积的“升”（一立方分米为一升）。法国科学家早期尝试将地球子午线上的某一段距离定义为一米，并定制了一批具有普遍适用性的固定标准，譬如一米长的铂金棒、一千克重的铂金筒。这种以自然物理量直接定义度量衡“基本单位”的方式成为创建国际量度系统的第一步，以“米”为例，其长度被定为子午线上从赤道到北极点的距离（5 130 740法寻）的千万分之一。11这是人类测量史上一次质的飞跃。尽管法国科学家当时所做的努力并未获得国际认可（这在相当长的一段时间后方才实现），但是他们将测量的基本单位与人体剥离，进而以自然物理量为参数创建了一个精确的参考框架。这就意味着，从理论上讲，量度的基本单位可以随时随地被任何人复制和验证。

然而，具有讽刺意味的是，并不是自然测量的过程本身成了标准，而是基于测量结果定制的铂金器具成了被精心保护的“标准”。显而易见，人们不得不面对的困境是，无论历经原始抛光的人工铂金器具看上去多么“永恒”，它们都必将面临不可避免的自然损坏与无法计算的物质沉积。不论是在铸造过程中掺入杂质，还是在合金生产环节产生气泡，又或是历经日复一日的灰尘积累，人工制品在现代社会杂乱无序的起伏变化中不堪一击。于是，在国际计量大会对“千克”的定义中竟包含这样一条日常护理指示：“由于物体表面不可避免的杂质沉积，国际原器每年可逆的表面污染物约为1微克。国际计量委员会因此指出，在获得进一步研究成果之前，国际原器在以一种特殊方式清洁过后依然有效。”12就这样，我们那“独一无二”的千克原器不得不定期“洗澡”，以清除表面可造成整体损坏的微量污染物。

计量学家因此致力于寻求并最终确认了用于定义其他6个基本单位的“物理量”。这一寻求亦自“米”始。1960年，国际计量局不再使用人工铂金合成的千克原器，而是将“氪——86原子的2p10与5d5能级间跃迁辐射在真空中的波长的1 650 763.73倍”定义为一米的标准。1983年，国际计量局重新将“光在真空中行进1/299 792 458秒的距离”定义为一标准米。13历史上，一“码”曾一度约等于一个人的鼻头到伸出的指尖的距离。在以自然物理量重新定义“码”之后，它所表示的具体数值便只有各种仪器知道了。人类的大脑不可能感知接近1/300 000 000秒的时间间隔，更不可能生活在真空之中。因此，在以物理常数为参考值的量度系统下，我们只能借由“工具”这种媒介验证我们想要知道的真实情况。在这个意义上，测量领域的科学进步是一个使人类的测量方式和参照系与人体本身不断远离、与人类对量度系统的认知不断分离的过程。我们不再是达·芬奇笔下居于知识体系中心位置的“维特鲁威人”。

约翰·昆西·亚当斯充满激情地宣称——统一且可以被不断验证的衡量体系是一个运转正常、充满公平正义的公民社会的核心。面对千克原器重量损耗的事实，美国《纽约时报》记者萨拉·莱尔哀叹道：“作为这个不确定世界中的一座稳定灯塔的千克原器，现在已经失去了其最初建造的意义。”亚当斯铿锵有力的声音似乎在莱尔的哀叹声中阵阵回响。在一个不确定的世界，我们急于想要抓住一切让自己感到持久、稳定和确信的东西。寻求精确且通用的测量体系看上去似乎只是科学家和政府官员会感兴趣的东西。然而，事实上，亚当斯的这句话让我们看到了更深层次的东西，因为在某种程度上，公平、正义与平等莫不是衡量事物的标准。的确，源自古罗马的“正义女神”双眼蒙布，手持天平。在针对测量的精确度和准确性的争论之上，还覆有一层有关道德的价值判断。毫无疑问，测量方式与人体、人类经验的剥离的确大大提高了测量结果的精准性。问题是，当我们与塑造我们世界的框架丧失连接，等待我们的又会是什么呢？