世界計量日│科學史上的今天：5/20

S編按：【科科齊打交】是我們希望與大家一起進行的對話形式，期待在討論的過程中，我們能離知識更近一些。

今天，是泛科學與泛科市集聯手推出的世界計量日特輯！要來聊聊你到底有多「長」？（什麼！你不知道泛科市集？泛科市集是……以下省略2000字）

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什麼是世界計量日？

世界計量日是每年的 5 月 20 日，（沒錯！科宅才不過什麼告白日，科宅都過計量日），這是為了紀念《米制公約》簽訂、統一全球測量系統而訂下的節日。

在法國大革命時，巴黎科學院重新定義出公尺的長度、公斤的大小，而後制定出長度、面積、體積、重量等單位，這一套十進位制的系統，便是「米制系統」。後來，法、俄、德等 17 個國家，在 1875 年 5 月 20 日簽署了米制公約，共同使用並遵守這一套系統。

沒有標準單位會怎樣？換你試試看！

但為什麼單位一致這麼重要呢？如果今天，我們拋棄現有的米制單位，試著用台灣常見的事物來當單位呢？

如此一來，我……

跟暗戀的人隔著「1 隻臺灣藍鵲」

體育課測驗必須跑完「100 個鍋貼」

抬頭仰望的臺北 101 高達「564 隻臺灣野豬」

你呢？你又會如何定義自己身邊的東西？參考這張圖，來量量看吧！

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自古以來，人類社會免不了需要一套有標準可循的度量衡。然而不同時代與不同地區所制定的標準不但千奇百怪，還往往沒有客觀的標準。以長度來說，古埃及人用男性肘關節到最遠端指尖的距離作為一腕尺（cubit）；十二世紀的英王亨利一世規定一碼是他的拇指到鼻尖的距離，到了十四世紀，愛德華二世又規定一英吋是三顆大麥首尾相連的長度。

直到十八世紀末，法國才率先制定放諸四海皆準的長度單位。1789年法國大革命成功後，國民議會要求法國科學院制定一套標準度量衡，結果法國科學院在1791年提出以北極通過巴黎到赤道之子午線的一千萬分之一（也就是地球大圓周長的四千萬分之一）作為標準單位，稱為公尺（法文 mètre 為測量之意）。同時建議採十進位制。

經過七年多的實地測量才終於測出巴黎子午線從北極到赤道的距離，巴黎科學院據以做出一公尺長的鉑金原器當作標準。拿破崙恰在 1799 年發動政變取得政權，在他的大力支持下，法國全面採行公制。隨著法國在歐陸取得主導地位，歐洲許多國家也跟著使用公制。

1875 年的今天，17 個國家在巴黎共同簽署了「公制公約」，同意統一使用法國的公尺與十進位制；並成立「國際計量局（或稱國際度量衡局）」，負責制定長度、質量、時間、與其它物理單位的國際標準。為了紀念「公制公約」這個重要的起步，1999 年的國際計量大會決議將每年的 5 月 20 日訂為世界計量日（World Metrology Day）。

這個紀念日似乎不大有人注意，就像度量衡在日常生活中也是默默扮演著重要的角色。若沒有一致的計量單位與精確的基本數值，生活將會大亂，例如網際網路與衛星導航就將無法正常運作。1999 年 9 月，NASA發射探測火星氣候的衛星好不容易飛抵火星，就因為軟體中部份數據採用英制卻未被發現，以致計算錯誤而沒有進入預定軌道，燒毀於火星大氣層中；1.25 億美元就此付之一炬。

一百多年來，國際計量局定期召開大會，陸續制定更精準、更完善的標準單位，例如一公尺的定義現在就改為「光在真空中於 1/299792458 秒內行進的距離」。不過唯獨公斤至今仍以存放於國際計量局的圓柱體砝碼做為標準。但實體總會有所損耗，無法作為永恆不變的標準，因此原定 2014 年十一月召開的大會將訂出公斤新的定義，結果卻未達成共識，只能期待下一次的會議了！

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。

1972 年的今天，就在要結束跨入第二天的那一剎那（格林威治標準時間的 6 月 30 日午夜），發生了一件神奇的事：世界各國標準實驗室的時鐘竟然同時出現不可能的時間！

以台灣為例，當時的時間是 7 月 1 日的 07:59:59，但下一秒時鐘顯示的竟然是 07:59:60！然後再下一秒才是 08:00:00。這是某種時空扭曲嗎？還是甚麼跨國組織的巨大陰謀？

這起事件的背後推手的確是個國際組織──國際時間局。但目的純粹是為了校正秒的標準定義改變後所造成的誤差。

一秒最初的定義是平均太陽日的 1/86400，純粹就是按一天 24小時 x 60分鐘 x 60秒劃分而來。但是地球自轉的速度並不穩定，事實上，長期而言，地球自轉會越來越慢，因此自 1960 年起改以 1900 年的地球公轉週期為計算基準，將一秒的定義改為那一年的 1/31,556,925.9747。

另一方面，波蘭裔的美國物理學家拉比（Isidor Rabi）在三○年代時就提議利用原子束穿過電磁場時，電子在兩個能階間躍遷所輻射之電磁波與電磁場達到共振時的頻率做為計時器。直到 1955 年，一些技術成熟後，英美兩國才做出銫原子鐘，共振頻率達 9,192,631,770 Hz，代表誤差幾乎只有十億分之一秒。

1967 年，國際度量衡大會通過改以銫原子鐘所用的原理定義秒，從此擺脫了與日、年的關係。然而我們日常生活還是沿用傳統的的計時方式，因此與原子鐘會有些微誤差，於是國際時間局（現已由國際度量衡局取代）遂決議每當誤差累積超過 0.9 秒，就得在每年的 6 月 30 日或 12 月 31 日的最後一秒鐘增減一秒，以便與原子鐘同步。多出來的一秒就是閏秒。1972年的 6 月 30 日就是第一次調整，至今一共已經多增加了 27 秒。最近一次的閏秒是台灣時間 2017 年 1 月 1 日 7:59:60，至於下一次……可就得問問地球囉。

不過在目前這樣的網路時代，閏秒的調整卻會造成許多不便，甚至引發災難；2012 年的那次調整就造成許多知名網站的當機。因此，早有許多聲浪主張取消閏秒，不過 2015 年國際電信聯盟的無線通信大會已表決決定，閏秒機制至少會維持到 2023 年，至於 2023 年之後會怎麼發展，就讓我們拭目以待吧！

編按：本文原完成於 2015 年，於 2018 年 6 月根據後續實際情況對內文作調整，因此與收錄版有差異。

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。