銅卡尺

常鋮

中國(guó)國(guó)家博物館有一件非常奇特的展品——“銅卡尺”，雖然距今已有2000多年的歷史，但是它的構(gòu)造與今日我們使用的卡尺幾乎無(wú)異。到底是誰(shuí)有如此奇思妙想，能夠在2000年前做出如此的設(shè)計(jì)呢？他就是“穿越皇帝”——王莽。

雖然這位“穿越皇帝”很短命，只在位16年，但王莽還是有很多讓人刮目相看的創(chuàng)新之舉。王莽頒布的很多政策在當(dāng)時(shí)都是非常超前的，如他將土地國(guó)有化，平均分配;廢除奴婢制度;政府參與計(jì)劃經(jīng)濟(jì)，實(shí)施專賣;建立貸款體系;改革貨幣等。

王莽時(shí)期科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，離不開他對(duì)科技的重視。例如，王莽曾展開全國(guó)范圍的人口與土地資源普查，還開展了大規(guī)模的人工捕蝗行動(dòng)來(lái)控制蝗災(zāi)，采用集中隔離的方式來(lái)控制傳染病暴發(fā)，與太醫(yī)一起解剖尸體研究人體內(nèi)臟，還召集數(shù)百人召開水患治理“學(xué)術(shù)研討會(huì)”，等等。王莽在度量衡方面的改革和創(chuàng)新，以及同時(shí)期出現(xiàn)的“新莽量器”和“銅卡尺”等計(jì)量?jī)x器在科技史上都留下了光輝的篇章。

計(jì)量是國(guó)家統(tǒng)一運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。王莽時(shí)期度量衡的研究成果標(biāo)志著我國(guó)傳統(tǒng)度量理論的形成，對(duì)后世有著深遠(yuǎn)的影響。王莽命國(guó)師劉歆主持統(tǒng)一音律和度量衡的工作，劉歆帶領(lǐng)百余名專家學(xué)者將秦漢時(shí)期的度量理論進(jìn)行系統(tǒng)整理。劉歆的研究成果記載于《漢書·律歷志》，這本經(jīng)典著作規(guī)定了度量衡的單位、進(jìn)制規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)量器的制作與管理等內(nèi)容，是我國(guó)古代度量衡最完整、最權(quán)威的著作。

“新莽量器”的發(fā)明是我國(guó)度量器具的一項(xiàng)重要成果。它由劉歆設(shè)計(jì)制作，整個(gè)形狀為圓柱體，在器物兩側(cè)有銅耳，器物上有81個(gè)銘文，器物上還標(biāo)注了各種尺寸和容量。新莽量器通過(guò)創(chuàng)新的設(shè)計(jì)將度、量、衡三個(gè)計(jì)量單位完美地結(jié)合，圓柱形的器物可以測(cè)量液體體積，并分為龠、合、升、斗、斛五個(gè)容量單位。容器深度為一尺，總重量為二鈞。這件器物可以同時(shí)測(cè)量三種單位，使用者通過(guò)三種數(shù)據(jù)能夠更加全面地把握被測(cè)物體的狀態(tài)。新莽量器發(fā)明后，歷代數(shù)學(xué)家和律歷學(xué)者無(wú)不使用它來(lái)考證秦漢時(shí)期的度量單位。

最后我們回到文章開頭提到的“銅卡尺”。因?yàn)樗裎覀儸F(xiàn)在使用的游標(biāo)卡尺，“銅卡尺”被推崇為科技史上的“網(wǎng)紅儀器”，王莽也被人們調(diào)侃為“穿越皇帝”。銅卡尺長(zhǎng)14.22厘米，由固定尺和活動(dòng)尺兩部分組成，兩尺各刻有五寸（1寸≈3.33厘米），固定尺上每寸又刻有十分（1分≈3.33厘米），使用時(shí)用兩個(gè)尺爪卡住被測(cè)物體進(jìn)行測(cè)量。雖然王莽卡尺的結(jié)構(gòu)和現(xiàn)代游標(biāo)卡尺非常相近，但是其原理與游標(biāo)卡尺并不相同，它只能算是一種刻線卡尺。現(xiàn)代游標(biāo)卡尺的固定尺上1厘米為一大格，每一大格又分為10小格，每格1毫米;活動(dòng)尺上全長(zhǎng)0.9厘米，也分為10格，每格長(zhǎng)0.9毫米。當(dāng)主尺和副尺的O線對(duì)齊時(shí)，主、副尺第一線相差0.1毫米，第二線則相差0.2毫米，依此類推，第九線則相差0.9毫米。

王莽卡尺出現(xiàn)后1000年，在英國(guó)工業(yè)革命時(shí)期才出現(xiàn)類似的刻線卡尺，雖然精度不如游標(biāo)卡尺，但是這種早期的卡尺大大提高了測(cè)量效率，拓寬了尺子測(cè)量物體的范圍，為游標(biāo)卡尺的發(fā)明奠定了基礎(chǔ)。

現(xiàn)代的游標(biāo)卡尺最早由法國(guó)人約尼爾·比爾發(fā)明，“游標(biāo)”這一詞就是以他的名字Vernier命名的。游標(biāo)卡尺的出現(xiàn)極大地提高了測(cè)量的精度與測(cè)量效率，這種先進(jìn)而簡(jiǎn)單的儀器迅速在全世界普及，到1856年，歐美大部分國(guó)家以及亞洲的日本都用上了游標(biāo)卡尺。

隨著人們對(duì)機(jī)械加工精度的要求不斷提升，為消除人眼在度尺時(shí)產(chǎn)生的誤差，1973年，瑞士率先發(fā)明了帶表卡尺，它采用齒輪原理，能直接將小數(shù)點(diǎn)后的精確數(shù)值顯示在指示表上，以此減少視距誤差，讀書精度能夠達(dá)到0.02毫米。隨著第三次工業(yè)革命席卷全球，電子器件很快與卡尺結(jié)合形成新一代的數(shù)顯卡尺，1980年第一架數(shù)顯卡尺在日本生產(chǎn)，到20世紀(jì)90年代，數(shù)顯卡尺在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)普及。