问题

为什么中国物理单位和国际单位这么吻合?

回答
这确实是个很有趣的观察,并且背后有着深刻的历史和科学原因。要理解中国物理单位与国际单位制(SI)为何如此契合,我们得从单位制的演变和现代科学技术的发展说起。

在现代科学蓬勃发展之前,各国各地区都有自己的一套测量和记数单位。这些单位往往是约定俗成的,根植于当地的生产生活习惯,比如“尺”、“寸”、“丈”、“斤”、“两”等等。这些中国传统的单位,虽然在古代社会非常实用,能够满足当时农业、手工业、贸易等活动的需要,但它们之间缺乏统一的标准,而且随着社会发展,尤其是对外交流的增加,这种不统一带来的不便愈发凸显。

进入近现代,随着科学技术的全球化,国际上为了便于科学研究、贸易往来和技术交流,开始寻求一种统一、科学、准确的单位体系。这就是国际单位制(SI)的诞生和发展。SI的核心在于它以一系列可重复、可复现的物理现象作为基本单位的定义,比如长度单位“米”最早定义为通过地球子午线长度的一千万分之一,后来又演进到基于光在真空中的传播速度,这使得“米”的定义更加稳定和精确,不受任何实体标准件老化或丢失的影响。

中国作为世界的一部分,在近代以来也积极学习和引进西方的科学技术。这意味着,当中国开始建立现代化的科学研究体系、工业生产和国际贸易时,自然而然地就会选择当时国际上最先进、最通用的单位制——也就是国际单位制。与其自己再去摸索一套全新的、可能在国际上不被认可的单位体系,不如直接采纳和拥抱已经成熟的SI。

所以,这种“吻合”并非偶然,而是中国在融入全球科学技术体系过程中的必然选择。当中国科学家在实验室里做实验,工程师在工厂里设计制造,贸易商在计算商品价格时,使用SI单位能够确保他们的数据和计算结果能够被国际同行理解和验证。就好比大家约定用同一种语言交流,才能顺畅地沟通一样,单位制也是科学交流的“语言”。

举个例子,无论是中国还是美国,当谈论物体的质量时,我们都用“千克”。物理学家在研究质量守恒定律时,无论是在北京大学还是在麻省理工学院,都使用“千克”作为单位。这种统一的语言,使得科学知识的传递和积累变得无比高效。

当然,中国在全面推行SI单位的同时,也对一些传统的度量衡单位进行了科学的换算和衔接。一些沿用了千年的传统单位,比如“斤”和“市斤”,在现代也都有了明确的SI单位定义(例如,市斤等于500克)。这种做法既保留了文化传承的痕迹,又确保了与国际标准的兼容性,使得中国在发展的过程中,能够平稳地过渡到统一的单位体系。

总而言之,中国物理单位与国际单位制的高度吻合,是历史发展、科技进步以及中国积极拥抱全球化趋势的共同结果。它体现了中国在科学技术领域与世界接轨的决心,也为中国在科学研究、技术创新和国际合作中打下了坚实的基础。这是一种主动的选择,是为了更好地参与到全球的知识创造和经济活动中去。

网友意见

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因为最后一次规范的时候,国际单位制已经在全世界推广了。所以最后一次规范的时候刻意调整了与国际单位制成整数倍。

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很多人对于国际单位制都有一个误解——公制似乎是从天而降、不言自明的,仿佛人类一进入近代史,就无师自通地把一秒定义为铯原子振动多少下,然后全世界都自动掌握了公制的全套度量。这只是我们在科学高度成熟,公制也早已深入人心的当代,对测量的历史出现的幸存者偏差而已。

事实上,人类单凭自身从来都无法确定测量的基准,能做到的最多是通过某些参照物来大致地类比,但既不能精确,也不能公平。人类历史上的单位制大致经历过三个阶段:传统单位、习惯单位,以及最后才来到的科学单位时代。

传统单位,本质是农业社会里依靠统治者的权威背书的强制性规范。比如一个村子里有A、B两个米店,A的一袋大米卖50文,B的一袋大米卖30文,但你买回来后却发现,B店的所谓一“袋”,比A店实际轻了一半,实际上B店的价格比A店贵。这时必须有一个权威机构出面规定,一“袋”的重量必须为多少,如果商家缺斤少两,顾客有权按照“袋”的度量,要求统治者主持公道。

所以传统单位有两个典型特征:第一,高度贴近农业社会的商业、政治习惯,比如长度的尺寸单位在东西方几乎都不是十进制,就是因为长度在农业社会的主要应用是纺织业,而纺织业显然更青睐以2或3的倍数裁剪布料;同时不同领域的度量几乎不相联系,比如日常长度(尺寸)、距离(里)、面积(亩)、容积(升)这四者,以今天的眼光,明显都是长度L量纲的度量,但在传统单位里,这四者都是以各自的基准规定的,完全独立,不需要进行换算;第二,其规范程度只取决于统治者的统治范围,这个范围可能是一个国家,也可能就是一个村子,一切只取决于制定规范的统治者能管到哪里,而不同时代的统治者也完全有可能采取完全不同的标准。

第二个阶段——习惯单位,是工业时代初期的过渡性产物。这个阶段的单位大多出自“类比”的思想,比如用质量单位“磅”表示力,用“马力”表示功率,用“磅每平方英寸”表示压强,这些单位以科学的眼光看都十分古怪。其实它们起初只是工程师的小范围内约定俗成的法则,但早期的工程业极为依赖前人的习惯和经验,前人用什么系统记录,后人也只能遵从。所以直至今日,很多工程领域仍然大量保留着习惯系统,比如航空、航海等,这也只是因为这个行业的习惯过于“约定俗成”,难以变更而已。

在这里我们能看到,无论农业传统单位还是工程习惯单位,它们共同的特性是——主观。统治者的强制规定、早期工程师的习惯记录,这些都是“我说多少就是多少”,没有任何有效的第三方条件来约束。直到科学发展到一定程度,人们才真正意识到应该建立一套客观的度量法则,所谓客观,就是必须以自然界的普适规律来确立单位的基准,以类似数学公理体系的逻辑推导来建立物理单位的体系,这套单位不能因为中国人、法国人或美国人的认识不同而产生偏差。这套单位确立的具体历史在此不论,可以参照下文:

国际度量衡定得是否太过随意?

但是到了这个阶段,人们发现了一个重要问题:以前的度量系统还用不用?一方面,平民大众并不都具有科学素养,而且人们即便不了解具体的数量,但单位制的语言却实打实存在了成百上千年,人们的日常用语并不容易更改;另一方面,如前所言工程领域积累了大量习惯单位,在19世纪工业高速发展时期,习惯单位更换的成本很高。但人们能够达成共识的一点是:旧单位不“科学”,必须进行严格的定义,才能满足科学与工业的要求

19世纪之后,世界上大致有三套重定义旧单位的方式:硬定义、硬校正、软校正。所谓“硬”指的是在不影响旧单位数量的基础上重新定义旧单位,比如在法国大革命后欧洲大陆推广公制的同一时间,大英帝国也曾仿照公制的定义思想,用实验的方式来定义一些传统的英制物理量,当时的美国甚至参照巴黎的“米原件”的做法,做了一个在特定的温度、湿度下长期保存的“码原件”,很多同量纲的单位,比如面积的Acre、容积的Gallon,也是在当时才规定了跟长度基准“码”的硬性换算,这就是所谓的“硬定义”——内核、实质都是旧单位。

到19世纪末,英帝国发现硬定义模式太麻烦,索性全盘移植了公制的定义,但具体的数量仍按照当时工程实践的精确量级安排。这类似公制单位以“光在1/299 792 458秒内移动的距离”定义米的原则——只是为了逻辑上严谨。比如在1878年时,英帝国将“pound”的定义修改为1pound=0.45359kg,此时“pound”就已经全盘等效于公制单位了,只是数字比较拗口而已。在20世纪70年代英国加入欧盟立法废除旧单位之前,英国都存在一个与法国国际测量局并存的英制规范测量局,它的一大任务就是把1pound精确定义到kg的小数点后十几位,并予以立法规范。这种按精确模式重定义旧单位的模式即“硬校正”——实质上是传统单位,但内核已经属于公制。这种做法是当时英帝国及前殖民地以内,由于工程先于科学发展遗留下大量习惯制度而不得已的对策。

所谓“软校正”,就是本题所言,中国传统单位术语的定义模式。其实这种模式并非中国独有,比如很多欧洲大陆国家民间都有“metric pound”“metric foot”,1 metric pound也是0.5kg,1 metric foot大多也是1/3m或30cm,北欧国家还有“1 scandinavia mile=10km”。中国比较独特的一点是民国时将传统的市制按公制改革后,立法确定成了官方规范,与公制不完全等同但可以快速换算,并且由官方认可(欧洲的“公制磅”只是单纯的民间用法),这在本质与中国历史上的度量衡法令一样——政府制定本地的统一规范。甚至中华人民共和国成立后,市制仍然是官方认可的(共和国把民国的1斤=16两改成了1斤=10两)。

从中国社会实际来说,民国时这套“软校正”政策还是可取的。中国传统度量都是单音节汉字,公制的断位又是西方式三位数分隔、而非中式四位数分隔,加上汉语颇为排斥音译外来语。如果早期中国像日韩那样全盘照搬公制术语,最后会像日韩那样冒出“基罗克兰”“森提米特”这样古怪的多音节字符串。民国这套校正模式保留了市制升、里、斤、尺四者的名称,同时用中国古代的分厘毫系统意译了公制的拉丁术语deci、centi、mili,这两个创造一直沿用至今。即便改开后市制作为单位被废止,但市制的语言仍在使用,“公斤”和“千克”、“公里”和“千米”大致形成了白读和文读的关系。

我国直到改革开放后才明确立法废止了旧单位(比美国颁布公制改革法令的时间还晚)。实际上整个华人圈的单位制改革都是七八十年代后才启动的,大陆在84年立法启动改革,但直到21世纪才基本完成了过渡。这里有一段创作于八十年代的相声——马季、赵炎的《含糊不得》,可以看到当时国内才刚开始大力推广“真”公制,废止旧单位。

马季 赵炎《含糊不得》

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