物理作业

米

米”（meter），国际单位制基本长度单位，符号为m。

“米”的定义起源于法国。1米的长度最初定义为通过巴黎的子午线上从地球赤道到北极点的距离的千万分之一，并与随后确定了国际米原器。随着人们对度量衡学的认识加深，米的长度的定义几经修改。

1983年起，米的长度被定义为“光在真空中于1/299 792 458秒内行进的距离”。

提出

1688年，英国哲学家和教士约翰·威尔金斯（John Wilkins）提出需要一个十进制的标准的长度单位系统。

1675年，意大利科学家提托·李维欧·布拉提尼（Tito Livio Burattini）首次在论文中使用了metro cattolico这个词，该词是由希腊语μέτρον καθολικόν（métron katholikón）衍生而来的，意为"一种通用测量单位"。

1789年法国大革命胜利后，国民公会令法国科学院组织一个委员会来标准的度量衡制度。委员会提议了一套新的十进制的度量衡制度，并建议以通过巴黎的子午线上从地球赤道到北极点的距离的一千万分之一（即地球子午线的四千万分之一）作为标准单位。他们将这个单位称之为mètre，后来演变为meter，中文译成“米突”或“米”。1791年，该方案获法国国会批准。[4-7]

子午线定义

19世纪，人们又作了测量，发现米原器并不正好等于地球子午线的四千万分之一，而是大了0.2毫米。人们认为，以后测量技术还会不断进步，势必会再发现偏差，与其修改米原器的长度，不如就以这根铂质米原器为基准，从而统一所有的长度计量。

1875年5月20日由法国政府出面，召开了20个国家政府代表会议，正式签置了米制公约，公认米制为国际通用的计量单位。同时决定成立国际计量委员会和国际计量局。到1985年10月止，米制公约成员国已有47个。中国于1977年参加。[6]

米原器

1792-1799年，在法国天文学家捷梁布尔和密伸的领导下，对法国敦克尔克至西班牙的巴塞罗那进行了测量。1799年根据测量结果制成一根3.5毫米×25毫米短形截面的铂质原器——铂杆，以此杆两端之间的距离定为1米，并交法国档案局保管，所以也称为“档案米”。这就是最早的米定义，而这支米原器一直保存在巴黎档案局里。

1889年，在第一次国际计量大会（CGPM）上，把经国际计量局鉴定的第6号米原器（31只临时制造的铂铱合金（90%的铂和10%的铱）米原器中在0℃时最接近档案米的长度的一只）选作国际米原器，并作为世界上最有权威的长度基准器，保存在巴黎国际计量局的地下室中，其余的原器作为副尺分发给与会各国，成为各国的国家基准。规定在周围空气温度为0℃时，米原器两端中间刻线之间的距离为1米。1927年第七届国际计量大会又对米定义作了严格的规定，除温度要求外，还提出了米原器须保存在1标准大气压下，并对其放置方法作出了具体规定。[8]

然而实际上米原器给出的长度并不一定正好是1米，由于刻线工艺、材料变形和测量方法等方面的原因，在复现量值时总有一定误差，约为0.1微米（0.1μm）。此外，万一米原器损坏，复制将无所依据，特别是复制品很难保证与原器完全一致，给各国使用带来了困难。[6]

光谱定义

19世纪末，科学家在实验中找到了自然镉（Cd）的红色谱线，具有非常好的清晰度和复现性，在15摄氏度的干燥空气中，其波长等于y=6438.4696×10-10米。1927年国际协议，决定用这条谱线作为光谱学的长度标准，并确定1米=1553164.13y Cd,人们第一次找到了可用来定义米的非实物标准。

科学家继续研究，后来又发现氪（86Kr）的橙色谱线比镉红线还要优越。1960年，在第十一届国际计量大会（CGPM）上，决定用氪（86Kr）橙线代替镉红线，并决定把米的定义改为：“米的长度等于氪－86原子的2P10和5d1能级之间跃迁的辐射在真空中波长的1650763.73倍”。这一自然基准，性能稳定，没有变形问题，容易复现，而且具有很高的复现精度，相对误差不超过4×10-9，相当于在1千米长度测量中不差4微米。[7] [9]

19世纪60年代以后，由于激光的出现，人们又找到了一种更为优越的光源，用激光代替氪谱线，可以使长度测量得更为准确。只要确定某一时间间隔，就可从光速与这一时间间隔的乘积定义长度的单位。[6]

最终定义

19世纪70年代，光速的测定已非常精确。1983年国际度量衡大会（CGPM）重新制定米的定义，“光在真空中行进1/299 792 458秒的距离”为一标准米。[6-7] [10]

秒

时间单位秒（second）是国际单位制中时间的基本单位，符号是s。有时也会借用英文缩写标示为sec.。

秒的定义：铯133原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9,192,631,770个周期的持续时间。这个定义提到的铯原子必须在绝对零度时是静止的，而且在地面上的环境是零磁场。[1]

六十进位制来自巴比伦，她们以六十这个因素做为计算数量的单位。但是巴比伦人并没有将时分割为60分，而是古埃及将一日分为12时的白天和12时的夜晚，他们也这样子来区分四季。古希腊天文学家，包括希巴谷和托勒密，定义太阳日的24分之一为时。以六十进制细分时，使得秒是一太阳日的86,400分之一。此处虽然如此表示，但很难相信古希腊人需要定义秒古希腊的时间周期，像是平朔望月定义得非常精确，因为他们不是观察单一的朔望月，而是以相距数百年的食来测量朔望月的平均长度（日数）。不过，发展出摆钟来保持平时（相对于日晷所显示的视时），使得秒成为可测量的时间单位。秒摆的摆长在1660年被伦敦皇家学会提出作为长度的单位，在地球表面，摆长约一米的单摆，一次摆动或是半周期（没有反复的一次摆动）的时间大约是一秒。

在1956年，秒被以特定历元下的地球公转周期来定义，因为当时天文学家知道地球在自转轴上的自转不够稳定，不足以作为时间的标准。纽康的太阳表以1900年的暦元描述太阳的运动，所依据的是1750年至1892年的观测。In 1956.秒的定义如下：

自历书时1900年1月1日12时起算的回归年的31,556,925.9747分之一为一秒

在1960年，这个定义由第十一次的国际度量衡会议通过。虽然这个定义中的回归年的长度不能进行实测，但可以经由线性关系的平回归年的算式推导，因此，有一个具体的瞬时回归年长度可以参考。因为秒是用于大半个20世纪太阳和月球的星历表中的独立时间变量（纽康的太阳表从1900年使用至1983年，布朗的月球表从1920年使用至1983年），因此这个秒被称为历书秒。

随着原子钟的发展，秒的定义决定改采用原子时做为新的定义基准，而不再采用地球公转太阳定义的历书秒。

经过多年的努力，英国国家实验室的路易斯·埃森和美国海军天文台的威廉·马克维兹测量出铯原子的超精细跃迁周期和历书秒的关系。使用过去普通的测量方法，接收来自无线电台、WWV的讯号，使用一个原子钟来测量时间，他们确定了月球相对于地球的轨道运动，也推断出太阳表面可能有相对于地球的运动。结果，在1967年的第13届国际度量衡会议上决定以原子时定义的秒作为时间的国际标准单位：

铯133原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9,192,631,770个周期的持续时间。

在70年代体认到重力时间膨胀会导致在不同高度的原子钟有不同的秒，因此每个原子钟都必须改正为在平均海平面的高度，以取得一致的秒（大地水平面的自转约改变×10−10的秒长，在1977年开始修正并且在1980年已经制度化了。）。用相对论的术语来说，秒被定义成在转动的大地水平面上原时。

在1977年，在BIPM的会议中又重新定义，加进了新的陈述：

铯原子在0K下是静止不动的。（This definition refers to a caesium atom at rest at a temperature of 0 K. ）

修正过的定义似乎暗示理想的原子钟将只有静止的一个铯原子发射出单一的频率。在实务上，无论如何，这个定义意味者在那些原子钟之内的运作和外推的数值，秒的高精密度应该如上所述的考量到周围温度的补偿（黑体辐射）。