国际度量衡制订得是否太过随意？ 第1页

看问题的角度反了，其他类似的问题同理，比如：

为什么圆周率的平方恰好是重力加速度？

为什么水的密度恰好是1000千克每立方米？

同样，本题实际是从另一个方面问的相同的问题：为什么改用光速、地球尺度定义的度量会有这么奇怪的数字？

答案是一样的：因为现代单位制的制定特意地设计过，才使得某些数字看起来“随意”，另一些数字看上去又是“恰好”。

度量衡制度来自农业社会，而农业社会最大的特性就是随意，如果没有国家政府制定的强制标准，两个村庄之间用的度量衡都有可能无法统一。以欧洲为例，在统一的SI制出现之前，欧洲的每一门语言都要有一套度量衡术语，而且关键是即便操同一门语言的人，不同地区、不同城邦的使用单位还不一样，全欧洲少说得有上千套度量衡。就连当今美国用的所谓“英制单位”，它跟英国自己的英制单位都还有极大的区别，比如直至今日测量容积的美制加仑和英制加仑都还没统一。所以如果你说现今国际单位制“随意”，但人类几千年来的测量系统就没有不随意的。

从语言上也能看出了，传统单位的用词很多就是纯粹的大白话，比如英制里foot是人的脚，而inch就是“十二分之一”，欧洲大陆用的也大多是rod、line（棒、线）这种。中国的传统用语，尺、寸、升、斗等，也是很通俗的语言。这可以反映出农业时代所谓单位本身就是一种极度随意的设计，每个小圈子自己内部都会搞出自己的一套。

System of measurement

当近代科学和工业在欧洲高速发展后，人们意识到了制定一套统一制度的必要，统一的重点是必须要基于全人类的共识，而且要用足够简单的表达方式。对于人类而言，最容易达成共识的度量是——时间，对于全人类，时间的绝对长度是恒定的，也是最容易直观感知的，所以人们首先确定了时间的基准——秒。引入时间作为测量的基准，这是工业单位跟农业单位最大也是最本质的区别。

人们首先找到了联系时间和长度的工具——单摆，单摆的周期正好只与摆长相关，于是人们先找到一个完成一次摆动需要1秒（周期2秒）的单摆，将它的摆长定义为1米（PS 这是首任英国皇家学会会长威尔金斯提出的）。“米”（metre）这个词的意思就是“测量”。有了长度基准，也就有了面积和体积的基准，这其实已经解决了农业时代80%的度量问题。

然后，人们找到了全人类最容易认识的物质——水，根据米的尺度直接定义了质量的单位“克”或“千克”，比如1立方分米的水是1千克。这个定义又是一项巨大的观念突破——它以水作为媒介，统一了质量和容积，尤其是液体的质量、固体的体积，这两者对于农业社会的人来说是很难理解的。

定义到质量这一步，农业社会的所有度量系统就已经全部完成转化了。而工业社会出现的新测量需求，比如温度，人们仍然是通过水来标定的。

所以这里能看到，这个定义只用到了两个基准：时间和水，这两者的共同特点是：具有高度的可复制性。也就是对于任何一个人，在地球上任何地方，都可以很轻易地再现出这套测量系统，而这是任何一套农业度量衡都无法实现的。在农业社会，除非事先制作好一个表示“一尺”的长度，并规定其他一切长度都由这个“一尺”标定，否则没有人能再现出真正的“一尺”。

到后来随着实验技术发展，人们意识到，最初这套定义不严谨。重力加速度并不是常数，在地球的不同位置取值不同，所以摆长1米的单摆周期并不严格为2秒。水的密度随温度变化，不同温度下1立方分米的水质量并不严格为1千克。即便限定温度，但温度本身又是按水定义的，而水由冰点到沸点的变化并不严格为线性，这使得水本身作为标的物质并不严谨。

但人们并不是要重新设计一套系统，人们后来修改基本单位定义纯粹只是为了让这套设计在逻辑上能立足，所以这才产生的本题所说的“光速的多少分之一”这种奇怪的数字。这个数字不是凭空想一串随机数套上去，而是根据基于不严格的千克-米-秒系统测定的实际结果，反向修正了最初的那一套设定，修正的目的不是让光速自己成为单位制基准，而是让这个定义的逻辑站得住脚，让千克-米-秒的测定值仍然在主流仪器标定的范围，在实际的实验中，这也就是小数点后若干位的精确度问题而已。所以直至今日，千克的定义仍然是——千克原件的质量（过去米的定义也是米原件的长度），因为在找到逻辑上更为无懈可击的定义之前（比如人们曾提出过瓦特天平等标定千克的方式），也只有这么定义算真正意义上最严谨的定义。

就本题的问题而言，这个问题跟习惯并没有关系，全人类用农业度量衡的历史起码两千年以上，而公制真正推广也不过两个世纪。但在宏观层面、生产生活层面，SI制已经是最美观、最简洁的定义形式，其意义堪比数学的公理体系。而本题回答中提到的普朗克单位制，其实也完全可以反过来定义SI制，比如千克用普朗克常数定义，开尔文用玻尔兹曼常数定义，但一切定义的基本思想，依然是让水的密度大致在1kg/L，重力加速度大致为圆周率的平方，只是区别到小数点后多少位而已。

参考资料

History of the metre

Kilogram - Wikipedia