無處不在的計量
——計量的發展故事

◆本刊綜合

圖/圖蟲創意

計量，古稱“度量衡”，是人類認識物質社會的工具。不論是生活中常見的電子秤，還是水、電、氣表，以及出租車的計價器等，都表明了計量與我們的生活息息相關。

從農業社會的經驗計量到工業社會的實驗計量，再到現代社會的量子傳感，計量始終與時代同頻、同向發展。

計量的起源

遠古時期，人類祖先以“結繩記事”的方式來記錄。在唐代畫作《伏羲女媧圖》中，女媧持規，伏羲持矩，其中“規”指圓規，“矩”指直角尺，規矩決定宇宙之方圓，啟迪人類權衡輕重之智慧。兩者不僅是最早的計量器具，更是社會秩序的象征。

“布手知尺”“邁步定畝”“掬手成升”，這些都是我國早期的以身體部位為測量準則的計量方法。其中，“布指知寸，布手知尺，舒肘知尋，斯不遠之則也”意為中指節上一橫紋為一寸，拇指同中指一叉相距為一尺，兩臂伸長叫一尋。“布手知尺”僅限于男子，“咫尺”則表示女子拇指指尖到食指指尖的長度。

“舉足為跬，倍跬為步”，即單腳邁出為“跬”，雙腳相繼邁出為“步”。跬是早期社會最小的測量土地面積的單位，“六尺為步”相當于現在的1.4 米。

“掬手成升”即雙手合盛為“掬”，只手單盛為“溢”。這種計量方法使人們在生活中交易商品變得有據可依。

史料記載，黃帝設立了度、量、衡、里、數五個量。夏朝初期，我國開始建立相對統一的測量時間、長度、容量和質量的器具和制度。戰國時期，木工尺被廣泛流傳使用，銅尺也開始被生產制作，古人還根據當時掌握的力學原理，創造了原始的天平。

秦朝統一度量衡，對度量衡計量器具加以定型化和制度化，促進了計量器具的規范化和標準化，奠定了我國古代計量科學技術的基礎。作為統一量制的計量標準器——商鞅方升，用“以度審容”的方法便于復現標準容量以推廣統一的量值，足以說明當時制定單位制已具有較高的科學性。

1875年5月20日《米制公約》的簽署，標志著全球計量領域合作的正式開啟，每年的5 月20 日“世界計量日”也由此而來。

成為科學研究的“眼睛”

人類科學研究的革命、工業制造的迭代升級都離不開計量技術的精進。高端科學儀器追求更高的靈敏度和精度，是科學研究、工程探測、醫療診斷等不可或缺的重要工具。隨著量子科技的發展，量子精密測量（量子傳感）成為幫助人類打開微觀世界的“武器”。量子傳感器是人類能研制的最“小”的傳感器，能測量一些現代儀器無法測量的信號，比如微弱的磁場、神經元放電、血液中的分子標識物等。可以理解為，電子、光子、聲子等構筑了類似高靈敏度尺子的量子體系，借助量子精密測量可以實現對諸如壓力、溫度、磁場乃至時間等各種物理量更精密的測量。

而量子糾纏可以進一步提高測量靈敏度。假設讓數把“量子尺子”的量子態處于一種糾纏態上，外界環境對這些量子尺的作用就會相互疊加，最終測量的精度將突破經典力學的散粒噪聲極限，并提高倍數，達到量子力學理論范疇內的最高精度——海森堡極限。

原子鐘是世界上已知最精確的計時儀器，它借助量子技術實現了計時精度的極限。

未來，隨著科技的進步，人類還將繼續推動精密計量一路前行。