米的定义及其发展

一、米定义的演变

1790年，法国科学院受法国国会的委托，提出了 “米”制的建议。1791年“米制”的建议得到批准，决定以通过巴黎的子午线的四千万分之一作为1米，并开始进行实地测量。1799年测量结束，根据测量结果，法国制造了一支铱合金矩形的金属标准米尺，这是当时最早的公制长度实物基准，并把它保存在巴黎法国档案局，后人称为“档案米尺” 随着国际贸易的发展，各国要求建立世界统一的长度基准。十九世纪后期，国际计量局定制了30支横截面为X形铂铱合金的米原器复制品，它们的长度与档案米尺相等。在1899 年召开的第一届国际计量大会上批准了经过测量选定的其中NoVI作为国际长度基准——国际米原器，称国际米。国际计量局还从这批米尺中留下几支作为工作原器，并把其余的分给其他有关国家，作为各国的长度基准。1927年第七届国际计量大会规定了由国际米确 定的米的定义是：“米是国际计量局保存的国际米原器上两端刻线的中间刻线的轴线在0°C 时的距离”。米原器的复现不确定度约为1.1X10^-7。

由于工业生产和科学技术的发展，米原器在测量的准确度和稳定性方面都不能满足要 求，而且作为实物基准，如果因意外而毁坏，不易复制。从二十世纪开始，各国科学家就 开始研究用自然基准来代替实物基准。I960年第十一届国际计量大会通过了米的新定 义：“米的长度等于氪-86原子的2p₁₀。和5d₅能级之间跃迁所对应的辐射在真空中波长的 1 650 763.73倍”。采用氪-86光波作为长度的自然基准，准确度高，可达1 X 10^-8,易于测量和复现。

二、现行米的定义

随着具有方向性好、亮度高以及空间相干性和时间相干性高等特征的激光的出现和激光稳频和伺服技术的应用，激光频率、激光波长和光速等方面的研究工作取得了显著的进 展，1975年第十五届国际计量大会提出米定义可以通过光速表示，并认为光速值保持不 变对天文学和大地测量学具有重要的意义。二十世纪中、后期科学技术突飞猛进地发展， 用氪-86光谱辐射波长实现米的准确度已经不能满足各方面的要求,激光的复现性和方便应用等方面远优于氪-86基准。为此，1983年10月第十七届国际计量大会通过的米的新定义为：“米是光在真空中在(1/299 792 458)s的时间间隔内所经路径的长度”。由于时间单位秒(s)是频率的倒数，现有秒定义的准确度很高，而光速是个固定值，真空中的光速值已被推荐为c=299 792 458m/s,从理论上讲没有不确定度，从而米的定义可获得很高的准确度。

三、米定义的复现方法

第十七届国际计量大会在通过米的新定义的同时，规定了复现米的定义的三种方法。

1.用于天文测量、大地测量的复现方法

可根据距离等于时间乘速度的关系式，由所测得的时间t与固定的光速值c来复现长度L。

2.用于实验室计量工作的复现方法

可根据  λ= c/f关系式，由所测得的频率f与固定的光速值c来复现波长值λ。

3.用于一般测量的复现方法

可直接使用米定义咨询委员会推荐使用的五种激光辐射和两类同位素光谱灯辐射的任意一种来复现。所推荐的五种激光辐射是：

(1)甲烷吸收稳频的氦氖激光辐射，其频率和波长为：

f=88 376 181 607kHz

 λ= 3 392 231 397. 0fm

相对不确定度为1.3×10^-10。

(2)碘吸收稳频的染料激光或1.15μm氦氖激光的倍频辐射，其频率和波长为：

f=520 206 808. 53kHz 

λ= 576 294 706. 25fm

相对不确定度为6×10^-10。

(3)碘吸收稳频的氦氖激光辐射，其频率和波长为：

f=473 612 214. 8kHz

λ = 632 991 398. 1fm

相对不确定度为1×10^-9。

(4)碘吸收稳频的氦氖激光辐射，其频率和波长为：

f=489 880 355. 1MHz

λ = 611 970 769. 8fm

相对不确定度为1. 1×10^-9。

(5)碘吸收稳频的氩离子激光辐射，其频率和波长为：

f=582 490 603. 6MHz

λ= 514 673 466. 2fm

相对不确定度为1. 3×10^-9。

所推荐使用的两类同位素光谱灯辐射是：

(1)对应于氪-86原子在2p10。和5d5能级之间跃迁所对应的辐射：

f=494 886 516. 5MHz

λ= 605 780 210. 2fm

相对不确定度为4×10^-9。

(2)汞-198和镉-114原子的辐射。