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为什么“英尺”和“脚”都是“foot”? ——谈谈计量单位的来源与规范

据说很早以前,英国商人因没有统一的“尺子”,在市场交易中经常发生纠纷。一次,一胖一瘦两位大臣,各自用自己的腰围作为标准,测量同一块布的长度。瘦子说有“十围”,胖子说有“七围”。于是两人争执不下,便闹到了皇帝查理曼那里,让皇帝进行裁决。查理曼大帝也束手无策,又气又急,便腿一伸、脚一蹬,晕了过去。这时有一个“聪明”的大臣以为皇帝伸出脚来作为“尺子”,于是便急急忙忙地用皇帝的脚长作为“尺子”来量取这块布的长度。当皇帝醒来后得知侍臣们用他的脚作为“尺子”来量取长度,并平息了一场风波后,于是便正式宣布用他的一只脚的长度作为一“英尺”,所以至今英语中“英尺”与脚()仍然使用同一个单词“foot”。

“英尺”由来的故事,用现在的网络语言概括,可以说就是个奇葩。而实际上,计量单位的源头差不多都有着类似的有趣故事。计量,是20世纪50年代出现的现代词汇,古人称之为“度量衡”。所谓度量衡,早期的《辞源》中是这样说的,“测量长短之器曰度,测量大小之器曰量,测量轻重之器曰衡”。因此,度量衡也就是分别指物体长度、体积(容积)、重量的计量。

在我国的夏朝,距今4000多年前,国王大禹将自己的身高定为一丈,于是我国就有了有记载的最早的计量单位——丈。一丈的十分之一为一尺,一尺的十分之一为一寸。“男子汉大丈夫”也由此而来。《孔子家语》中说“布指知寸,布手知尺,舒肘知寻”,其中的“寸”、“尺”、“寻”都是长度单位。在我国小篆字体中,尺、寸、掬等字都保留着这样的象形色彩。

用人体来定长度,世界各地皆有相关记载,古希腊哲学家普罗塔戈尔就有句名言:“人是万物的度量衡。”公元前4000年,古埃及的法老以他的肘拐至中指尖的距离为长度单位,叫“腕尺”。胡夫金字塔高300腕尺,约合今天的147米。本文伊始的故事,也说明了现在的英尺(foot)开始就是用人体的脚作为计量单位的。英寸(inch),最初也来源于人体部位。在荷兰语中,inch的本意是大拇指,一英寸就是一节大拇指的长度。当然人的大拇指的长度也是长短不一的。英语中码(yard)的产生则与9世纪英国的亨利一世有关,他宣布以他的手臂平伸时,中指的指尖到鼻尖的距离为1码,相当于今天的0.9144 米。

长度单位如此,容量或重量单位亦如此。汉语中的“一口饭”、“一把米”、“一捧饭”等都是用身体部位作为容积单位的。就连现在使用的“斤”、“两”等重量单位也是由人体部位开始的。

为了解决生活中的实际问题应运而生的计量单位,在一定的时间和范围内方便了人们的生活和生产。但以人体为法的度量衡终究太粗疏和原始,因此,度量衡的标准逐渐过渡到人体之外的自然物。一条平直的树枝、一件日常的器皿,都曾经是这样的替代物。这之后,又发展到了制作专用标准器的时期。在我国西汉末年,王莽把持朝政,征集通晓天文、数学、乐律学的学者,创造性地提出了以黄钟律管作为度量衡的标准:“度者,……本起(于)黄钟之长”、“量者,……本起(于)黄钟之龠”、“权者,本起(于)黄钟之重”。吹奏黄钟乐音短笛的长度,便是度;吹奏黄钟乐音短笛的容积,便是量;吹奏黄钟乐音短笛容下谷物的重量,便是衡。一件乐器怎么和度量衡标准联系在一起呢?这是因为黄钟乐器发声的声波高低是固定的,而声波高低又与律管的长短密切相关,由此用黄钟定为度量衡的标准也就不足为奇了。这种利用自然界物理规律来确定度量衡单位的基准,与当今“米”定义的原理是一致的。

随着时间的推移,人们活动范围日益扩大,物物交换活动愈加频繁,原先自成一统的计量规定就遭遇了标准不统一的尴尬,度量衡的统一也就越来越凸显其必然性。公元前221年,秦国统一了中国,因此有机会在全国强制推进统一的度量衡。其一,颁布命令。“权制独断于君则威”,即度量衡统一之权在中央。其二,确定标准。出土的铜方升、高奴石有力地证明,在度量衡的统一过程中,首先统一的是测量的单位,通过具体器物约定了多少为“升”、多重为“斤”。其三,制造标准器。即按标准制作度量衡的器具,发至全国各地使用。其四,定期检定。在各地使用的度量衡器具,要定时由官府进行校正,同时规定了度量衡器具使用过程中允许的误差。不得不说,秦始皇指派商鞅所做的度量衡一统的顶层设计,极具智慧,这之后2000多年封建社会度量衡的制度都可以从这里找到痕迹,可见其影响的深远。

1790年,法国在大革命后成立专门委员会,制定新的计量单位,制作了米原器。1875年,法国国民议会邀请了美国、俄国、德国等20个国家的代表签订了《米制公约》,统一了长度单位“米”和质量单位“千克”的定义。会议还制作了基准米尺发给各成员国作为备用长度单位,并要求定期赴巴黎和米原器进行比较,这和商鞅的做法别无两样。随着科学技术的发展,对“米”的定义也更为精细。1983年,国际计量大会决定用光速来定义米:一米等于光在真空中299792458分之一秒的时间里所传播的距离。为了进一步统一计量单位,消除多种单位制并存的现象,1960年,第十一届国际计量大会通过了建立国际单位制的决议,确立了七个基本单位,具体如下:长度单位——米,质量单位——千克,时间单位——秒,电流单位——安培,热力学温度单位——开尔文,发光强度单位——坎德拉,物质量单位——摩尔。后来,又补充了两个辅助单位:平面角(弧度),立体角(球面度),规定了四十三个导出单位。这样就形成了完整的国际单位制体系,涵盖了人类所有的生产、生活和科学领域。

《数学史——走进小学数学课堂:案例与剖析》

蔡宏圣/

教育科学出版社2016年出版

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