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CGPM 開始更新國際度量衡系統

only-perception
・2011/10/27 ・896字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 569 ・九年級

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CGKilogram

國際度量衡大會(CGPM)在最近一場於法國 Sevres 舉行的會議中,一致投票通過一項提案,考慮要至少改變絕大多數文明世界所使用之七種基本單位(秒、公尺、公斤、安培、凱爾文、墨耳、燭光)中某些單位的度量(measurements),是多年爭辯(尤其是公斤、安培、凱爾文與墨耳)之後的結果。當然,公斤所承受的抨擊最為猛烈,因為那仍然根基於一大塊位於巴黎某處地下室,受到嚴密保護的金屬。自 1949 年其質量被發現已經改變以來,一直都是爭論焦點。

這七種基本度量單位本身全都被當成標準來用,而且也衍生出幾乎其他所有的度量(公克、小時等)。當科學變得日益精確時,亦需要更精確的度量,而某些完成這些度量的老方法已經跟不上時代了。公斤是七種單位中唯一仍將人造物體作為依據的單位,其短少很明顯。更精確的描述方式,應該是使用一種可在自然界中找到的基本常數,例如由很小一群氣象學者所建議的普朗克常數(Planck constant)。

Peter Mohr、Terry Quinn、Barry Taylor 與 Edwin Williams 最近組隊同時在 Metrologia 期刊中發表一篇文章,擁護將計量公斤的方式轉換至普朗克常數,其他三種基本度量–安培、凱爾文與莫耳–也一起改變。正是這一小群團體進行遊說,要求改變,才在最近的 CGPM 會議中被提出。

會議中強調,對於度量所依循方式的任何新改變,都不應該改變目前慣常運用的基本方式,例如:水仍應在攝氏 0 度結冰,在攝氏 100 度沸騰而烹飪食譜仍將有效,且奧林匹克運動會的世界紀錄仍應全部維持等等。將改變的是能用來描述質量、距離、時間等等的準確(accuracy)程度,使其前後一致,不管度量是在何處由何人所進行。

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一個好例子是公尺,一種不需要改變的度量,原本是根據一根金屬棒上的蝕刻;現在是根據光在真空中行進的距離。

CGPM 的這項措施意味著,要進行的確切改變提案將會在下一場於 2014 年舉行的會議中被考慮然後投票表決。如果改變通過,其實作的時程表也將會在會議上決定。

CGPM 是法文「conférence générale des poids et mesures」的縮寫,是負責維護國際單位制(International System of Units,SI,萬國公制)的三大實體當中的一個(譯註:其餘二個分別是 BIPM、CIPM),其歷史可回溯至1875 年的一項國際公約。那代表 52 個成員國語 26 個其他協會。

資料來源:PHYSORG:CGPM set to update international system of weights and measures[October 26, 2011]

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轉載自only-perception

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妳/你好,我是來自火星的火星人,畢業於火星人理工大學(不是地球上的 MIT,請勿混淆 :p),名字裡有條魚,雖然跟魚一點關係也沒有,不過沒有關係,反正妳/你只要知道我不是地球人就行了... :D

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Intel® Core™ Ultra AI 處理器:下一代晶片的革命性進展
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/21 ・2364字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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本文由 Intel 委託,泛科學企劃執行。 

在當今快節奏的數位時代,對於處理器性能的需求已經不再僅僅停留在日常應用上。從遊戲到學術,從設計到內容創作,各行各業都需要更快速、更高效的運算能力,而人工智慧(AI)的蓬勃發展更是推動了這一需求的急劇增長。在這樣的背景下,Intel 推出了一款極具潛力的處理器—— Intel® Core™ Ultra,該處理器不僅滿足了對於高性能的追求,更為使用者提供了運行 AI 模型的全新體驗。

先進製程:效能飛躍提升

現在的晶片已不是單純的 CPU 或是 GPU,而是混合在一起。為了延續摩爾定律,也就是讓相同面積的晶片每過 18 個月,效能就提升一倍的目標,整個半導體產業正朝兩個不同方向努力。

其中之一是追求更先進的技術,發展出更小奈米的製程節點,做出體積更小的電晶體。常見的方法包含:引進極紫外光 ( EUV ) 曝光機,來刻出更小的電晶體。又或是從材料結構下手,發展不同構造的電晶體,例如鰭式場效電晶體 ( FinFET )、環繞式閘極 ( GAAFET ) 電晶體及互補式場效電晶體 ( CFET ),讓電晶體可以更小、更快。這種持續挑戰物理極限的方式稱為深度摩爾定律——More Moore。

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另一種則是將含有數億個電晶體的密集晶片重新排列。就像人口密集的都會區都逐漸轉向「垂直城市」的發展模式。對晶片來說,雖然每個電晶體的大小還是一樣大,但是重新排列以後,不僅單位面積上可以堆疊更多的半導體電路,還能縮短這些區塊間資訊傳遞的時間,提升晶片的效能。這種透過晶片設計提高效能的方法,則稱為超越摩爾定律——More than Moore。

而 Intel® Core™ Ultra 處理器便是具備兩者優點的結晶。

圖/PanSci

Tile 架構:釋放多核心潛能

在超越摩爾定律方面,Intel® Core™ Ultra 處理器以其獨特的 Tile 架構而聞名,將 CPU、GPU、以及 AI 加速器(NPU)等不同單元分開,使得這些單元可以根據需求靈活啟用、停用,從而提高了能源效率。這一設計使得處理器可以更好地應對多任務處理,從日常應用到專業任務,都能夠以更高效的方式運行。

CPU Tile 採用了 Intel 最新的 4 奈米製程和 EUV 曝光技術,將鰭式電晶體 FinFET 中的像是魚鰭般阻擋漏電流的鰭片構造減少至三片,降低延遲與功耗,使效能提升了 20%,讓使用者可以更加流暢地執行各種應用程序,提高工作效率。

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鰭式電晶體 FinFET。圖/Intel

Foveros 3D 封裝技術:高效數據傳輸

2017 年,Intel 開發出了新的封裝技術 EMIB 嵌入式多晶片互聯橋,這種封裝技術在各個 Tile 的裸晶之間,搭建了一座「矽橋 ( Silicon Bridge ) 」,達成晶片的橫向連接。

圖/Intel

而 Foveros 3D 封裝技術是基於 EMIB 更進一步改良的封裝技術,它能將處理器、記憶體、IO 單元上下堆疊,垂直方向利用導線串聯,橫向則使用 EMIB 連接,提供高頻寬低延遲的數據傳輸。這種創新的封裝技術不僅使得處理器的整體尺寸更小,更提高了散熱效能,使得處理器可以長期高效運行。

運行 AI 模型的專用筆電——MSI Stealth 16 AI Studio

除了傳統的 CPU 和 GPU 之外,Intel® Core™ Ultra 處理器還整合了多種專用單元,專門用於在本機端高效運行 AI 模型。這使得使用者可以在不連接雲端的情況下,依然可以快速準確地運行各種複雜的 AI 算法,保護了數據隱私,同時節省了連接雲端算力的成本。

MSI 最新推出的筆電 Stealth 16 AI Studio ,搭載了最新的 Intel Core™ Ultra 9 處理器,是一款極具魅力的產品。不僅適合遊戲娛樂,其外觀設計結合了落質感外型與卓越效能,使得使用者在使用時能感受到高品質的工藝。鎂鋁合金質感的沉穩機身設計,僅重 1.99kg,厚度僅有 19.95mm,輕薄便攜,適合需要每天通勤的上班族,與在咖啡廳尋找靈感的創作者。

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除了外觀設計之外, Stealth 16 AI Studio 也擁有出色的散熱性能。搭載了 Cooler Boost 5 強效散熱技術,能夠有效排除廢熱,保持長時間穩定高效能表現。良好的散熱表現不僅能夠確保處理器的效能得到充分發揮,還能幫助使用者在長時間使用下的保持舒適性和穩定性。

Stealth 16 AI Studio 的 Intel Core™ Ultra 處理器,其性能更是一大亮點。除了傳統的 CPU 和 GPU 之外,Intel Core™ Ultra 處理器還整合了多種專用單元,專門針對在本機端高效運行 AI 模型的需求。內建專為加速AI應用而設計的 NPU,更提供強大的效能表現,有助於提升效率並保持長時間的續航力。讓使用者可以在不連接雲端的情況下,依然可以快速準確地運行各種複雜的 AI 算法,保護了數據隱私,同時也節省了連接雲端算力的成本。

軟體方面,Intel 與眾多軟體開發商合作,針對 Intel 架構做了特別最佳化。與 Adobe 等軟體的合作使得使用者在處理影像、圖像等多媒體內容時,能夠以更高效的方式運行 AI 算法,大幅提高創作效率。獨家微星AI 智慧引擎能針對使用情境並自動調整硬體設定,以實現最佳效能表現。再加上獨家 AI Artist,更進一步提升使用者體驗,直接輕鬆生成豐富圖像,實現了更便捷的內容創作。

此外 Intel 也與眾多軟體開發商合作,針對 Intel 架構做了特別最佳化,讓 Intel® Core™ Ultra處理器將AI加速能力充分發揮。例如,與 Adobe 等軟體使得使用者可以在處理影像、圖像等多媒體內容時,能夠以更高效的方式運行 AI 算法,大幅提高創作效率。為各行專業人士提供了更加多元、便捷的工具,成為工作中的一大助力。

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一公尺究竟有多長?從單擺到相對論,公尺制的精彩變身史!
linjunJR_96
・2020/07/15 ・2383字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 513 ・六年級

公尺是大家經常使用的長度單位,不過,它到底是多長呢?答案是:光在一秒內行走距離的 299,792,458 分之一。

最早期的公尺標準長度,遺留在巴黎的建築物牆上。圖/wikipedia commons

然而,想準確測量光速可不容易,一般人家裡根本就沒有測光速的實驗設備,為什麼還要選擇這麼不親民的定義呢?原來,這個定義是一直到 1983 年才終於定案的,那麼問題來了:在這之前的人們,是怎麼測量長度的?

法國大革命,度量衡也要大翻新!

在法國大革命之前,法國境內的度量衡直接沿襲了神聖羅馬帝國的規定,各地區間差異頗大,令人頭痛。於是,在大革命剛結束之際,國民公會便指示巴黎科學院定下一個新的長度標準。這麼做不只有利民生及學術發展,也可順便掃除舊政權的老古董制度。

老古董制度給我滾開!圖/giphy

一聲令下後,各路好手紛紛出馬,提出自己覺得夠科學的長度標準。

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第一個候選人是「單擺」。因為單擺周期只與擺繩長度有關,所以或許可以用「一秒擺一次的單擺擺長」來作為長度標準。不過,只要經過簡單的實驗就可以發現:由於各地重力強度不同,所以單擺周期會因測量地點改變,而不是只跟擺長有關。用單擺當標準的話,缺乏了各地通用的普適性,因此遭到淘汰。

第二種想法則是利用「地球的大小」。更準確地說,是將子午線從赤道到北極的長度作為標準,以定下常用的公尺長度。這個想法其實沒有什麼物理上的意涵,不過還是被國民公會所採用,於是開始了測量子午線的浩大工程。

雖然子午線就在法國人的腳底下,但要量它的長度可不容易。沒有人能真的從赤道長征到北極。在那個科學技術剛起步的年代,如此大規模的測量是個十分艱鉅的挑戰。

不過,堂堂法國巴黎科學院可是說到做到。他們花了超過六年的時間,實地測量從敦克爾克到巴塞隆納這段子午線的長度。這兩個城市都位於海平面,而且差不多位於整個弧長的中段,是很適合的選擇。利用這次測量的結果,科學家鑄造出一根鉑製的公尺原器,從此,一公尺有多長由它說了算。

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沒錯!就是這麼遠!當年的科學家花了六年多冒險犯難測量子午線。(圖上顯示為 google 推薦之步行路線,非子午線本身。)圖/google map

在 1840 年左右,新定義的公尺正式成為法國的標準單位。後來,公尺原器經過幾次複製與改良,推廣到全世界,而公尺也成為家喻戶曉的長度單位。

不過時間一久,科學家發現:用一個實體物品去定義單位終究不是個好主意。不論保存措施多麼完善,實體物品終究會出現一些損耗,像是用來定義質量單位的公斤原器,便隨著時間逐漸變胖。這些細微誤差讓龜毛的物理學家難以接受,於是尋找公尺新定義的偉大旅程再次展開啦!

後期的 X 型鉑銥合金公尺原器電腦合成影像。圖/wikipedia commons

為什麼要「吹毛求疵」?樸實無華的單位追尋之旅

這次的場景在二十世紀。經過眾多物理大師的加持,物理學已經比法國大革命那時完備許多。電磁學、相對論、和量子力學都已經發展成熟,而新的定義也從這幾個領域著手。1960 年,科學家們先是將公尺用氪原子光譜的躍遷波長來定義,後來則因氪元素取得不易,在 1983 年更改為我們現在熟悉的光速定義。

為什麼是光速而不是聲速或其他速度呢?電磁學的推導指出,不論在宇宙的哪個角落,光速都是一樣的(相對論的架構也是建立於這點之上)。因此光速有別於其他物理速度,是個令人信賴的定義標準。

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除此之外,這個定義使用的是不變的物理常數,而不是實體物品,因此存在一個完美的「精確值」。隨著測量光速的實驗越來越精準,一公尺只會逐漸趨向精確值;相較之下,原本的公尺原器就相形失色,就算不考慮原器長度會有變化,公尺的定義還是受限於每次測量的誤差。基於同樣的道理,公斤的定義也在幾年前由公斤原器改為物理常數的組合

從單擺到光速,公尺的定義隨著物理學的發展不斷演進,為的就是去除那零點零幾趴的誤差,得到一個恆常不變的長度單位。物理學家的堅持就是這麼樸實無華且枯燥,實在令人敬佩。

不行!一點點的誤差都得找出來!圖/giphy

所以說,在可預見的未來中,這些定義應該不會因為準確度的問題而被換掉。(對的,你只要好好記一次就很夠用了!)如果真的有這麼一天,表示目前的宇宙常數和物理定律出了問題,那麼事情可就大條啦。

參考資料

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你是國中生或家有國中生或正在教國中生?
科學生跟著課程進度每週更新科學文章並搭配測驗。來科學生陪你一起唸科學!

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linjunJR_96
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清大理工男。不喜歡算數學。喜歡電影、龐克、和翻譯小說。不知道該把科普當興趣還是專長,但總之先做再說。

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一小口也能當單位?讓伊麗莎白一世看不下去的野蠻傳統——《從奈米到光年:有趣的度量衡簡史》
時報出版_96
・2020/04/17 ・3319字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 504 ・六年級

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  • 作者/李開周
  • 編按:本文中的單位換算,是中世紀歐洲的計算方式,現代的計算方式已和過去不同,一起來看看那時的單位計算有多野蠻吧!

蕭邦之所以姓「蕭邦」,來自於「一瓶紅酒」

弗雷德里克.蕭邦(Frédéric François Chopin) ,波蘭鋼琴家、作曲家,十九世紀歐洲浪漫主義音樂的代表人物,弗雷德里克是名字,蕭邦是姓氏。

蕭邦為什麼姓蕭邦呢?因為他父親姓蕭邦。他父親為什麼姓蕭邦呢?因為他父親的父親的父親的父親,也就是蕭邦的祖宗,在法國賣過紅酒。

波蘭作曲家弗雷德里克.蕭邦,他的姓氏來源於容量單位Chopin。圖/時報出版提供

幾百年前的法國,單瓶紅酒的標準容量是一超品(Chopin)。當時法國人說到紅酒,就會想起超品;而說到超品,就能想起紅酒。蕭邦的祖宗既然賣紅酒,所以就把「超品」當作家族的姓氏。

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後人再把這個姓氏譯成漢語,就成了「蕭邦」。實際上,按照現代漢語讀音,把 Chopin 譯成「超品」並不恰當,譯成「蕭邦」才比較接近。

現在我們知道了,蕭邦的姓氏和度量衡有關,是法國傳統容量單位超品的另一種譯法。那麼這個容量單位到底有多大呢?折算成現在國際通用的毫升,到底有多少毫升呢?算一下就知道了。

  • 一法國超品等於 1.5 英制品脫,一英制品脫又等於 0.125 英制加侖,所以一法國超品等於 0.1875 英制加侖。
  • 一英制加侖是多少呢?大約是 4546 毫升。所以,一法國超品就相當於 852.375 毫升,約等於 850 毫升。

兩只伏特加酒杯,容量均為一超品。圖/時報出版提供

現在市面上的法國紅酒,單瓶容量通常是 750 毫升或 700 毫升。也就是說,蕭邦的祖上售賣的紅酒,比現在的紅酒要實惠,酒瓶更大,裝得更多。

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但我們必須說明的是,將一超品折算成 850 毫升,完全是根據現代英制加侖與毫升的換算關係來計算。而在幾百年前,並沒有「毫升」這個概念,一加侖的實際大小是不確定的,可能比 4546 毫升略大,也可能比 4546 毫升略小,所以一超品的實際大小並不能十分確定。

這些容量單的換算關係如下:

  • 一蒲式耳=二坎寧
  • 一坎寧=二配克
  • 一配克=二加侖
  • 一加侖=二波特爾
  • 一波特爾=二夸脫
  • 一夸脫=二品脫
  • 一品脫=二大杯
  • 一大杯=二及耳
  • 一及耳=二傑克
  • 一傑克=二小杯
  • 一小杯=二口

做為容量單位,超品已經退出歷史舞臺,現代法國人不再使用,英國人、德國人和美國人也不再使用。事實上,英國人從來就沒用過超品,他們過去常用的容量單位,是品脫(Pint) 、夸脫(Quart) 、波特爾(Pottle) 、加侖(Gallon) 。

從中世紀歐洲流傳至今的幾種常用容量單位,由左而右分別是:大杯/品脫/夸脫/加侖。圖/時報出版提供

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此外還有更大的容量單位,例如配克(Peck) 、坎寧(Kenning) 、蒲式耳(Bushel);以及更小的容量單位,例如大杯(Cup)、及耳(Gill) 、傑克(Jack) 、小杯(Pony)。

幾種較大的容量單位,由左而右分別是:品脫/夸脫/配克/半蒲式耳(坎寧)/蒲式耳。圖/時報出版提供

根據以上換算關係,我們可以瞧出兩點端倪:

  1. 傳統英制容量單位之間都是倍數關係,典型的二進制;
  2. 所有英制容量單位都是建立在「口」之上的。

「口」:喝下去、吐出來,單位跑出來

什麼是「口」?就是一小口。喝一小口紅酒,再吐到量杯裡,這個容量就是一口。

不停地喝,不停地吐,一口一口地累加,吐 2 口是一小杯,吐 4 口是一傑克,吐 8 口是一及耳,吐 16 口是一大杯,吐 32 口是一品脫,吐 64 口是一夸脫,吐 128 口是一波特爾,吐 256 口是一加侖,吐 512 口是一配克,吐 1024 口是一坎寧,吐 2048 口是一蒲式耳。

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噗……單位竟然是這樣吐出來的嗎?圖/GIPHY

說到這兒,您會覺得噁心——那麼多、那麼高大上的容量單位,竟然要一口一口去量,多不衛生啊!

是的,確實不衛生。不衛生倒也罷了,最可怕的是不精準。

您想啊,人的嘴有大有小,小芳櫻桃小口,一口能吐 5 毫升;小強血盆大口,一口能吐 50 毫升。都是一口,差了十倍。即使是同一個人,每一口也不一樣大:喝清爽啤酒,一口能灌半斤;喝燒刀子,一口最多半兩。還是一口,又差了十倍。

每一口都差一點點,累積起來就會越差越多。圖/GIPHY

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《淮南子》有云:「寸而度之,至丈必差;銖而稱之,至石必過。」一寸一寸地累積,累積到一丈,微小的誤差會變成巨大的誤差;一銖一銖地累積,累積到一石,微小誤差會變成更加巨大的誤差。

寸和丈是古代中國的長度單位,十寸為一尺,十尺為一丈。從寸到丈,要累積一百次,假如每寸有一公釐誤差,那麼每丈就能差出 100 公釐,差不多和您的手機一樣長了。

銖是古代中國的重量單位,24 銖為一兩,16 兩為一斤,120 斤為一石(這裡的「石」是「禾石」簡稱,讀ㄕˊ;如果做為容量單位,則讀ㄉㄢˋ)。從銖到石,要累積 46080 次,假如每銖有一克誤差,每石就能差出 46080 克,也就是 46.08 公斤,差不多和極致瘦身的女模特兒一樣重了。

古代英國人把各種容量單位建立在「口」的基礎上,假如每一口只有一毫升誤差,當累積到品脫的時候,誤差 32 毫升;累積到加侖,誤差高達 256 毫升;如果累積到蒲式耳,誤差將是 2048 毫升。朋友們,二千多毫升,那是什麼概念?相當於三瓶紅酒啊!

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你的一超品,不是我的一超品呀!圖/GIPHY

設想一下,蕭邦的祖宗用一口一口吐酒的方式替您稱量,您受得了嗎?當然,人家也不可能用這種笨法子,應該是用標準量器去量。問題在於,當時所謂的標準量器,都是建立在「口」之上的,怎麼可能做到「標準」呢?

商家拿出來一只量杯,標的是一超品;顧客怕吃虧,也從懷裡摸出來一只量杯,標注也是一超品。兩只量杯一比較,顧客的量杯比蕭邦祖宗的量杯大得多,那怎麼辦?用誰的量杯?您堅持用您的,蕭邦祖宗堅持用他的,於是就爭執起來,紅酒沒有買成,買到一肚子氣。

用嘴測度容量,女王覺得母湯

1559 年,伊麗莎白一世登上英國女王的寶座,她發現了容量單位既不標準也不衛生的弊端,於是下令廢除用口稱量的野蠻傳統,並讓容量與重量相結合,重新定義英國的容量單位。

伊麗莎白一世是這樣做的:她保留了品脫、夸脫、加侖等傳統單位,但她讓這些容量與「口」脫鈎,與「盎司」結合起來。她規定,一品脫等於 20 盎司,一夸脫等於 40 盎司,一加侖等於 160 盎司。

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幾種常用英制容量單位的換算關係。一大杯=8 液盎司,一品脫=2 大杯,一夸脫=2 品脫,一加侖=4 夸脫。圖/時報出版提供

盎司本來是重量單位,一盎司等於 360 顆大麥加起來的重量。伊麗莎白一世讓人用天平稱重,在一個托盤裡放入 360 顆成熟、飽滿、晒到乾透的大麥,在另一個托盤裡注入同等重量的清水,再把托盤裡的清水倒進玻璃杯,玻璃杯裡的清水有多少,做為容量單位的一盎司就有多少。

也就是說,一盎司既是 360 顆大麥的重量,又是與 360 顆大麥等重的一杯水的容量。

十六世紀蘇格蘭的木雕扇貝雙耳酒杯,容量為一盎司。

盎司確定了,品脫、夸脫、加侖也就確定了。稍做計算就能知道,一品脫的水與 7200 顆大麥等重,一夸脫的水與 14400 顆大麥等重;一加侖的水與 57600 顆大麥等重。大麥有大有小,但是將幾百顆、幾千顆、幾萬顆大麥混在一起稱重,得到的會是平均重量,可以抵消顆粒之間的一些誤差。

伊麗莎白一世用上述方法改革英國容量單位,至少有以下三種好處:

  1. 新的容量單位不再需要用嘴測度,更衛生、更精準;
  2. 讓容量與重量掛鈎,為進一步統一度量衡奠定了基礎;
  3. 大麥是當時歐洲最常見的穀物,是最天然、最公平的容量測定標準,當交易雙方在量度上有分歧時,不用找標準容器,不用找政府裁決,隨隨便便抓一把大麥,找一架天平,簡簡單單測量一下,就能消除分歧,這對促進市場交易非常有幫助。

——本文摘自《從奈米到光年:有趣的度量衡簡史》,2020 年 2 月,時報出版

時報出版_96
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出版品包括文學、人文社科、商業、生活、科普、漫畫、趨勢、心理勵志等,活躍於書市中,累積出版品五千多種,獲得國內外專家讀者、各種獎項的肯定,打造出無數的暢銷傳奇及和重量級作者,在台灣引爆一波波的閱讀議題及風潮。